Chmury nad Bombai
Nowe badanie ujawnia, w jaki sposób zanieczyszczenie powoduje burze, które pozostawiają nam trwalsze, większe i gęstsze chmury. W listopadzie Postępowanie National Academy of Sciences (PNAS), opublikował wyniki, które zamykają długą debatę. Ujawniają, jak zanieczyszczenie wpływa na globalne ocieplenie. Ta praca pomoże poprawić dokładność modeli pogody i klimatu.
Większość badaczy tak uważa Zanieczyszczenie atmosfery powoduje większe, trwalsze chmury burzowe, czyniąc fronty burz bardziej podatnymi na prądy powietrza i wytwarzając wewnętrzną konwekcję. W swoich badaniach zauważył, że zanieczyszczenie, jako zjawisko, powoduje, że chmury są trwalsze, ale w inny sposób niż wcześniej sądzono, poprzez zmniejszenie wielkości ich cząstek lodu i zmniejszenie całkowitego rozmiaru chmury. Ta różnica bezpośrednio wpływa na sposób, w jaki naukowcy przedstawiają chmury w modelach klimatycznych.
Badanie to pogodzi to, co widzimy na co dzień, z tym, co wskazują modele komputerowe. Obserwacje pokazują chmury w kształcie kowadła (Komulonimbus) wyższe i większe w systemach burzowych zawierających zanieczyszczenia, ale modele nie zawsze wykazują silniejszą konwekcję, dzięki temu badaniu widzimy dlaczego.
Sekretne życie chmur
Chmury kowadła lub Comulonimbus nad zanieczyszczonym obszarem
Modele przewidujące pogodę i klimat nie odtwarzają dobrze życia chmur burzowych, ponieważ przedstawiają je za pomocą prostych równań, które nie mają pełnej wizji. Ta kiepska rekonstrukcja stworzyła dla badaczy dylemat: „Zanieczyszczenie powoduje, że chmury kowadeł trwają dłużej niż przy czystym niebie”, ale dlaczego?
Jednym z możliwych powodów są aerozole (małe cząsteczki pochodzenia naturalnego lub ludzkiego), które służą jako podstawa do tworzenia się wokół nich kropel chmur. Zanieczyszczone niebo ma znacznie więcej aerozoli (smogu i mgły) niż czyste, co przekłada się na mniej wody na każdą cząstkę. Zanieczyszczenie wytwarza więcej kropel, ale mniejsze.
Większa liczba mniejszych kropelek zmienia charakterystykę chmur. Od dawna uważano, że większe i mniejsze kropelki rozpoczynają reakcję łańcuchową, która zamiast wytrącania prowadzi do powstania większych, trwalszych chmur. Lżejsze kropelki powodują wzrost wody w wyniku zamarzania, a to zamrażanie wydobywa ciepło zawarte w kropelkach i powoduje zmianę temperatury, która generuje wewnętrzną konwekcję. Im bardziej intensywna konwekcja, tym więcej kropli wody podnosi się, tworząc w ten sposób chmurę.
Jednak naukowcy nie zawsze obserwują bardziej intensywną konwekcję związaną z większymi i trwalszymi chmurami w zanieczyszczonym środowisku, co wskazuje, że brakowało nam czegoś do wzięcia pod uwagę.
Aby rozwiązać ten dylemat, zespół odpowiedzialny za to badanie postanowił porównać rzeczywiste letnie burze z modelami generowanymi komputerowo. Model obejmował właściwości fizyczne cząstek chmur, a także możliwość obserwowania, czy konwekcja staje się silniejsza, czy bardziej miękka. Symulacje w tym badaniu trwały 6 miesięcy.
Konwekcja nie jest winowajcą.
Dane zebrano z trzech lokalizacji o różnym stopniu zanieczyszczenia, wilgotności i wiatru: w tropikach zachodniego Pacyfiku, południowo-wschodnich Chinach i wielkich równinach Oklahomy. Dane uzyskano z systemu badań klimatycznych DOE (Departamentu Energii USA) ARM.
Symulacje przeprowadzono na superkomputerze Olympus firmy PNNL (Pacific Northwest National Laboratory). Te symulacje miesiąca burz są bardzo podobne do obecnie obserwowanych chmur, co wskazuje, że modele dobrze odtworzyły chmury burzowe.
Obserwując te modele, stwierdzono, że we wszystkich przypadkach zanieczyszczenie zwiększa rozmiar, grubość i czas trwania chmur kowadełkowych. Ale tylko w dwóch miejscach (tropikach i Chinach) obserwuje się intensywniejszą konwekcję. W Oklahomie zanieczyszczenie prowadziło do łagodniejszej konwekcji. Ta niezgodność z tym, co dotychczas sądzono, sugeruje, że przyczyną nie jest intensywna konwekcja.
Analizując bardziej szczegółowo właściwości kropelek wody i kryształków lodu w chmurach, zespół badawczy doszedł do wniosku, że zanieczyszczenie wytwarzało mniejsze krople i kryształki lodu, niezależnie od ich lokalizacji.
Ponadto przy czystym niebie cząsteczki lodu są cięższe i szybciej wytrącają się z chmur kowadła, powodując ich szybkie rozproszenie. Na zanieczyszczonym niebie kryształki lodu były mniejsze i zbyt lekkie, aby mogły się wytrącać, tworząc w ten sposób większe i trwalsze chmury.
Wkład w globalne ocieplenie.
Z drugiej strony zespół oszacował, jak chmury burzowe wpływają na ogrzewanie lub chłodzenie. Chmury te chłodzą Ziemię w ciągu dnia swoimi cieniami, ale zatrzymują ciepło jak koc w nocy, dzięki czemu noce są cieplejsze.
Biorąc pod uwagę wpływ zanieczyszczeń na chmury burzowe, rozumiemy, że mogą one wpłynąć na wielkość przewidywanego ostatecznego ocieplenia Ziemi w nadchodzących dziesięcioleciach. Dokonywanie dokładniejszych reprezentacji chmur w modelach klimatycznych jest kluczem do poprawienia dokładności prognoz zmian klimatu.
Więcej informacji: Cumulonimbus, Ważne ustalenia dotyczące cząstek atmosferycznych w miastach, Błyskawice stają się silniejsze wraz z globalnym ociepleniem
źródło: PNAS