Осколки льда в антарктических облаках позволяют большему количеству солнечной энергии достигать поверхности Земли

Облака бывают разных форм, размеров и типов, что определяет их влияние на климат. Новое исследование под руководством Университета Вашингтона показывает, что раскалывание капель замерзшей жидкости с образованием ледяных осколков внутри облаков Южного океана значительно влияет на способность облаков отражать солнечный свет обратно в космос.

Работа, опубликованная в журнале AGU Advances, показывает, что включение этого процесса раскалывания льда улучшает способность глобальных моделей высокого разрешения моделировать облака над Южным океаном и, таким образом, способность моделей моделировать климат Земли. Исследование финансировалось Национальным научным фондом США.

"В этой работе есть много интересного, не только удивительный эффект отколовшегося льда на облака, но и сочетание моделирования высокого разрешения с реальными данными со спутников и самолета", - сказал Эрик ДеВивер, директор программы в Отделе атмосферных и геокосмических наук NSF. "Будет интересно посмотреть, что еще будет сделано с помощью этого инструментария".

Низкие облака Южного океана не следует рассматривать как жидкие облака, считает ведущий автор исследования Рейчел Атлас из UW. "Образование льда в низких облаках Южного океана оказывает существенное влияние на свойства облаков и должно учитываться в глобальных моделях", - сказала она. Соавторами исследования являются Крис Бретертон из Института искусственного интеллекта Аллена в Сиэтле, Марат Хайрутдинов из Университета Стоуни Брук в Нью-Йорке и Питер Блосси из UW.

Результаты показывают, что важно учитывать процесс, в котором ледяные частицы сталкиваются с переохлажденными каплями воды, заставляя их замерзать, а затем разбиваться и образовывать множество других осколков льда. Это делает облака более тусклыми, или уменьшает их отражательную способность, позволяя большему количеству солнечного света достигать поверхности океана. 

Разница между включением и не включением деталей образования льда внутри облаков составила 10 ватт на квадратный метр между 45 и 65 градусами южной широты летом, что является достаточным количеством энергии, чтобы оказать значительное влияние на температуру.

В исследовании использовались данные полевых наблюдений, проведенных во время полета через облака Южного океана, а также данные спутника НАСА "Облака и система лучистой энергии Земли" и японского спутника Himawari-8.

Образование льда снижает отражательную способность облаков, поскольку частицы льда очень эффективно образуются, растут и выпадают из облаков.

Кристаллы льда полностью истощают большую часть тонкого облака, поэтому горизонтальное покрытие уменьшается. Кристаллы льда также истощают часть жидкости в толстых ядрах облаков. Поэтому частицы льда уменьшают облачный покров и затемняют оставшееся облако.

В феврале, летом в Южном океане около 90% неба покрыто облаками, и по крайней мере 25% этих облаков подвержены влиянию того типа образования льда, который был в центре внимания исследования. Правильная оценка облаков, особенно в новых моделях, которые используют меньший шаг сетки для включения облаков и штормов, важна для расчета того, сколько солнечной радиации достигает Земли.

Южный океан является мощным глобальным поглотителем тепла, но его способность забирать тепло из атмосферы зависит от температурной структуры верхнего слоя океана, которая связана с облачным покровом.