Более крупные и продолжительные грозовые облака из-за загрязнения

Новое исследование показывает, как загрязнение вызывает штормы, которые оставляют более продолжительные, более крупные и плотные облака. В ноябре месяце Слушания Национальной академии наук (PNAS), опубликовал некоторые результаты, завершающие долгую дискуссию. Они показывают, как загрязнение влияет на глобальное потепление. Эта работа поможет повысить точность моделей погоды и климата.

Большинство исследователей считали, что загрязнение атмосферы он вызывает более крупные и продолжительные грозовые тучи, делая штормовые фронты более восприимчивыми к сквознякам и вызывая внутреннюю конвекцию. В этом исследовании он заметил, что загрязнение как явление делает облака более прочными, но другим способом, чем считалось ранее, за счет уменьшения размера их ледяных частиц и уменьшения общего размера облака. Это различие напрямую влияет на то, как ученые представляют облака в климатических моделях.

Это исследование согласовывает то, что мы видим ежедневно, с тем, что указано на компьютерных моделях. Наблюдения показывают облака в форме наковальни (Комулонимб) выше и больше в ливневых системах, содержащих загрязнения, но модели не всегда показывают более сильную конвекцию, благодаря этому исследованию мы понимаем, почему.

Тайная жизнь облаков

Модели, предсказывающие погоду и климат, плохо реконструируют жизнь грозовых облаков, поскольку они представляют их с помощью простых уравнений, которые не имеют полного представления. Эта неудачная реконструкция поставила перед исследователями дилемму: «Загрязнение заставляет наковальни держаться дольше, чем в случае ясного неба», но почему?

Одна из возможных причин связана с аэрозолями (небольшими частицами природного или человеческого происхождения), которые служат основой для образования облачных капель вокруг них. На загрязненном небе гораздо больше аэрозолей (смога и дымка), чем на чистом, и это означает, что на каждую частицу приходится меньше воды. Загрязнение производит больше капель, но меньшего размера.

Большее количество мелких капель изменяет характеристики облаков. Долгое время считалось, что более крупные и более мелкие капли запускают цепную реакцию, которая вместо выпадения приводит к образованию более крупных и долговечных облаков. Более легкие капли заставляют вашу воду подниматься при замерзании, и это замораживание извлекает тепло, которое содержат капли, и вызывает изменение температуры, которое вызывает внутреннюю конвекцию. Более интенсивная конвекция заставляет подниматься больше капель воды, образуя облако.

Но исследователи не всегда наблюдают более интенсивную конвекцию, связанную с более крупными и прочными облаками в загрязненной среде, что указывает на то, что нам не хватает чего-то, что нужно учитывать.

Чтобы решить эту дилемму, команда, ответственная за это исследование, решила сравнить фактические летние штормы с компьютерными моделями. Модель включала физические свойства облачных частиц, а также возможность наблюдать, становится ли конвекция сильнее или мягче. Моделирование в этом исследовании длилось 6 месяцев.

Конвекция не виновата.

 Данные были собраны в трех местах с разной степенью загрязнения, влажности и ветра: тропики западной части Тихого океана, юго-восток Китая и великие равнины Оклахомы. Данные были получены из системы исследования климата ARM Министерства энергетики США.

 Моделирование проводилось на суперкомпьютере Olympus от PNNL (Pacific Northwest National Laboratory). Эти симуляции месяца штормов очень похожи на наблюдаемые в настоящее время облака, что позволяет определить, что модели хорошо воссоздали грозовые облака.

Наблюдая за этими моделями, было обнаружено, что во всех случаях загрязнение увеличивает размер, толщину и продолжительность наковальни облаков. Но только в двух местах (тропики и Китай) наблюдается более интенсивная конвекция. В Оклахоме загрязнение привело к более мягкой конвекции. Это несоответствие тому, что считалось до сих пор, предполагает, что причина не в интенсивной конвекции.

Более подробно изучив свойства капель воды и кристаллов льда в облаках, исследовательская группа пришла к выводу, что в результате загрязнения образуются более мелкие капли и кристаллы льда, независимо от их местоположения.

Кроме того, при ясном небе частицы льда тяжелее и быстрее осаждаются из облаков наковальни, заставляя их быстро рассеиваться. В загрязненном небе кристаллы льда были меньше и слишком легкие для осаждения, что создавало более крупные и прочные облака.

Вклад в глобальное потепление.

С другой стороны, команда оценила, как грозовые облака влияют на отопление или охлаждение. Эти облака охлаждают Землю днем ​​своими тенями, но ночью задерживают тепло, как одеяло, делая ночи теплее.

Принимая во внимание влияние загрязнения на грозовые облака, мы понимаем, что они могут повлиять на величину окончательного потепления, прогнозируемого для Земли в ближайшие десятилетия. Более точное представление облаков в моделях климата является ключом к повышению точности прогнозов изменения климата.

Дополнительная информация: Кучево-дождевые облака, Важные выводы об атмосферных частицах в городах, Молния усиливается с глобальным потеплением

источник: PNAS