Grotere, langdurigere stormwolken door vervuiling

Een nieuwe studie laat zien hoe vervuiling stormen veroorzaakt die ons achterlaten met langer durende, grotere en dichtere wolken. In de maand november is de Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), publiceerde enkele resultaten die een lang debat afsluiten. Ze laten zien hoe vervuiling de opwarming van de aarde beïnvloedt. Dit werk zal de nauwkeurigheid van weer- en klimaatmodellen helpen verbeteren.

De meeste onderzoekers dachten dat luchtvervuiling het veroorzaakt grotere, langdurigere stormwolken door stormfronten gevoeliger te maken voor tocht en interne convectie te veroorzaken. In deze studie merkte hij op dat vervuiling, als fenomeen, wolken duurzamer maakt, maar op een andere manier dan eerder werd gedacht, door een afname van de grootte van hun ijsdeeltjes en een afname van de totale grootte van de wolk. Dit verschil heeft rechtstreeks invloed op de manier waarop wetenschappers wolken in klimaatmodellen weergeven.

Dit onderzoek verzoent wat we dagelijks zien met wat wordt aangegeven in computermodellen. Waarnemingen tonen aambeeldvormige wolken (colombus) hoger en groter in stormsystemen die vervuiling bevatten, maar modellen laten niet altijd sterkere convectie zien, dankzij deze studie zien we waarom.

Het geheime leven van wolken

Modellen die weer en klimaat voorspellen, reconstrueren het leven van onweerswolken niet goed, omdat ze deze voorstellen met eenvoudige vergelijkingen die geen totaalbeeld hebben. Deze slechte reconstructie zorgde voor een dilemma voor de onderzoekers: "Vervuiling zorgt ervoor dat aambeeldwolken langer meegaan dan bij heldere lucht", maar waarom?

Een mogelijke reden betreft aerosolen (kleine deeltjes van natuurlijke of menselijke oorsprong) die dienen als basis voor het vormen van wolkendruppels om hen heen. Een vervuilde lucht heeft veel meer aërosolen (smog en nevel) dan een schone lucht en dit vertaalt zich in minder water voor elk deeltje. Vervuiling produceert meer druppels, maar kleiner.

Een groter aantal kleinere druppels verandert de eigenschappen van de wolken. Men heeft lang gedacht dat grotere en kleinere druppeltjes een kettingreactie veroorzaken die leidt tot grotere, langdurigere wolken in plaats van te neerslaan. De lichtere druppels zorgen ervoor dat uw water stijgt door bevriezing en deze bevriezing onttrekt de warmte in de druppels en veroorzaakt een temperatuurverandering die interne convectie genereert. Een intensere convectie zorgt ervoor dat er meer waterdruppels opstijgen, waardoor de wolk wordt opgebouwd.

Maar onderzoekers zien niet altijd een intensievere convectie in verband met grotere en duurzamere wolken in vervuilde omgevingen, wat aangeeft dat we iets misten om rekening mee te houden.

Om dit dilemma op te lossen, besloot het team dat verantwoordelijk was voor deze studie om de werkelijke zomerstormen te vergelijken met computergegenereerde modellen. Het model omvatte de fysische eigenschappen van wolkdeeltjes en het vermogen om te observeren of de convectie sterker of zachter wordt. De simulaties in deze studie omvatten zes maanden.

Convectie is niet de boosdoener.

 Gegevens werden verzameld op drie locaties met verschillende mate van vervuiling, vochtigheid en wind: de tropen van de westelijke Stille Oceaan, Zuidoost-China en de grote vlaktes van Oklahoma. Gegevens werden verkregen van DOE's (US Department of Energy) ARM Climate Research System.

 Er zijn simulaties uitgevoerd op de Olympus-supercomputer van PNNL (Pacific Northwest National Laboratory). Deze simulaties van een maand storm lijken erg op de wolken die momenteel worden waargenomen, en bepalen dat de modellen stormwolken goed nabootsen.

Bij het observeren van deze modellen bleek dat vervuiling in alle gevallen de grootte, dikte en duur van de aambeeldwolken vergroot. Maar slechts op twee plaatsen (de tropen en China) wordt meer intense convectie waargenomen. In Oklahoma leidde vervuiling tot zachtere convectie. Deze inconsistentie met wat tot nu toe is gedacht, suggereert dat de reden niet intense convectie is.

Door de eigenschappen van de waterdruppels en ijskristallen in de wolken meer in detail te bekijken, concludeerde het onderzoeksteam dat de vervuiling kleinere druppels en ijskristallen produceerde, ongeacht hun locatie.

Bovendien zijn ijsdeeltjes bij heldere hemel zwaarder en slaan ze sneller neer uit aambeeldwolken, waardoor ze snel verdwijnen. In een vervuilde lucht waren de ijskristallen kleiner en te licht om neer te slaan, waardoor grotere en duurzamere wolken ontstonden.

Bijdrage aan opwarming van de aarde.

Aan de andere kant schatte het team hoe onweerswolken bijdragen aan de verwarming of koelen. Deze wolken koelen de aarde overdag af met hun schaduwen, maar houden 's nachts warmte vast als een deken, waardoor de nachten warmer worden.

Rekening houdend met de effecten van vervuiling op onweerswolken, begrijpen we dat deze van invloed kunnen zijn op de hoeveelheid definitieve opwarming die voor de aarde in de komende decennia wordt voorspeld. Het nauwkeuriger weergeven van wolken in klimaatmodellen is de sleutel tot het verbeteren van de nauwkeurigheid van voorspellingen over klimaatverandering.

Meer informatie: De Cumulonimbus, Belangrijke bevindingen over atmosferische deeltjes in steden, Bliksemschichten worden sterker door opwarming van de aarde

bron: PNAS