Исследователи Принстонского университета обнаружили, что климатические модели, которые ученые используют для прогнозирования будущих условий на нашей планете, недооценивают охлаждающий эффект, который облака оказывают ежедневно и даже ежечасно, особенно над сушей.
Исследователи сообщают в журнале Nature Communications от 22 декабря, что модели, как правило, учитывают слишком много дневного солнечного тепла, что приводит к более теплым и сухим условиям, чем это могло бы быть на самом деле. Исследователи обнаружили, что неточности в учете суточного или суточного цикла облачности, по-видимому, не делают климатические прогнозы недействительными, но увеличивают погрешность важнейшего инструмента, который ученые используют для понимания того, как изменение климата повлияет на нас.
«Важно получить правильный результат по правильной причине», - сказал корреспондент Амилкаре Порпорато, профессор гражданского и экологического проектирования и Принстонского института окружающей среды. «Эти ошибки могут привести к другим изменениям, таким как прогнозирование меньшего количества и более слабых штормов. Мы надеемся, что наши результаты будут полезны для улучшения моделирования облаков, что улучшит калибровку климатических моделей и сделает результаты более надежными».
Порпорато и первый автор Джун Инь, научный сотрудник с докторской степенью в области гражданского и экологического строительства, обнаружили, что неточное определение суточного цикла облачности приводит к тому, что Солнце бомбардирует Землю дополнительными 1-2 ваттами энергии на квадратный метр. Повышенное содержание углекислого газа в атмосфере с начала индустриальной эпохи, по оценкам, производит дополнительно 3,7 ватта энергии на квадратный метр. «Ошибка здесь составляет половину этого, так что в этом смысле она становится существенной», - сказал Порпорато.
Инь и Порпорато провели свое исследование после посещения семинара по облачности и чувствительности климата. «Докладчик много говорил о том, где облака, но не о том, когда», - сказал Инь. «Мы думали, что время не менее важно, и были удивлены, обнаружив, что исследований по этому вопросу меньше».
Облака меняются в течение дня и изо дня в день. Климатические модели хорошо отражают среднюю облачность, сказал Инь, но они пропускают важные пики фактической облачности. Эти пики могут иметь существенное влияние на повседневные условия, например, в начале дня в самое жаркое время дня.
«У климатологов есть облака, но они упускают время», - сказал Порпорато. «Между ежедневным циклом облачности и температурой существует сильная чувствительность. Это похоже на то, как человек надевает одеяло ночью или использует зонтик в течение дня. Если вы пропустите это, это будет иметь огромное значение».
Исследователи использовали спутниковые снимки за 1986-2005 годы, чтобы рассчитать средние суточные циклы облаков в каждый сезон во всем мире. Инь анализировал облачность с трехчасовыми интервалами, просматривая более 6000 точек на земном шаре размером 175 на 175 миль каждая.
Инь и Порпорато сравнили средние значения, полученные ими, со средними значениями девяти климатических моделей, используемых климатологами. Большинство моделей имеют самое плотное покрытие земли утром, а не ранним днем, когда облака защищают Землю от самого сильного солнечного тепла. «Небольшая разница во времени может иметь большое радиационное воздействие», - сказал Инь.
Исследователи планируют изучить влияние различных типов облаков на прогнозы климатических моделей, а также то, как облачные циклы влияют на годовые колебания температуры Земли, особенно в связи с экстремальными осадками.
Габриэль Катул, профессор гидрологии и микрометеорологии в Университете Дьюка, сказал, что «значение весьма велико» точного моделирования суточного цикла облачности. Катул не участвовал в исследовании, но знаком с ним.
Облачный цикл может указывать на недостатки в характеристиках поверхностного нагрева и атмосферного водяного пара, которые необходимы для образования облаков, сказал он. Оба фактора также определяют, как самая нижняя часть атмосферы Земли, известная как атмосферный пограничный слой, взаимодействует с поверхностью планеты.
«Моделирование роста и разрушения пограничного слоя сопряжено с трудностями, поскольку оно включает сложные процессы, которые должны быть чрезмерно упрощены в климатических моделях», - сказал Катул. «Таким образом, изучение времени формирования и толщины облаков важно в дневном масштабе именно потому, что эти временные масштабы наиболее важны для динамики пограничного слоя и обмена теплом между поверхностью и атмосферой и водяным паром».
Когда дело доходит до облаков, климатические модели обычно фокусируются на механизмах, пространственных областях и временных масштабах, таких как загрязнение воздуха и микрофизика, сотни квадратных километров и времена года, соответственно, которые являются более крупными и более обобщенными, сказал Катул..«Существуют практические причины, по которым суточные колебания были несколько замаскированы тем фактом, что большая часть характеристик климатической модели была представлена на основе долгосрочных и крупномасштабных средних значений».
Определив время и толщину суточного цикла облаков в глобальном масштабе, Инь и Порпорато предоставили ученым инструмент для подтверждения того, что климатические модели точно отображают формирование облаков и взаимодействие между облаками и атмосферой.
«Примечателен глобальный охват и акцент как на «времени», так и на «количестве». Насколько мне известно, это первое исследование, в котором такое многообразие моделей исследуется таким последовательным образом», - сказал Катул.. «Я уверен, что этот тип работы откроет новые перспективы для улучшения представления облаков. Я не удивлюсь, если эта статья будет широко цитироваться в будущих отчетах МГЭИК [Межправительственной группы экспертов ООН по изменению климата]».