Загрязнение приводит к образованию более долговечных грозовых облаков

Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences 26 ноября, показывает, как загрязнение атмосферы заставляет грозовые облака становиться более крупными, глубокими и долгоживущими. Работа разрешает давние научные споры, раскрывая механизм влияния аэрозолей на потепление климата, и может служить критерием для оценки точности погодных и климатических моделей.

Ранее считалось, что загрязнение делает облака больше и долговечнее за счет усиления конвективных восходящих потоков в грозовых облаках. Однако атмосферный ученый Цзивэнь Фань и ее коллеги доказали, что основной причиной является другое: загрязнение увеличивает продолжительность жизни облаков, уменьшая размер и увеличивая срок существования облачных капель и ледяных частиц. Это открытие меняет подход к представлению облаков в климатических моделях.

Кроме того, такие облака влияют на суточный ход температуры. Облака-наковальни, остающиеся после грозы, днем охлаждают поверхность, создавая тень, а ночью действуют как одеяло, удерживая тепло. Загрязнение может приводить к тому, что облака от вечерних гроз не рассеиваются, а сохраняются долго ночью, что способствует более теплым ночам.

"Это исследование согласует то, что мы видим в реальной жизни, с тем, что показывают компьютерные модели", — сказала Фань из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США. "Наблюдения последовательно показывают более высокие и крупные облака-наковальни в загрязненных системах, но модели не всегда показывают усиленную конвекцию. Теперь мы знаем почему".

Исследователи проанализировали данные об облаках из трех регионов с разным уровнем загрязнения, влажности и ветра: тропиков западной части Тихого океана, юго-восточного Китая и Великих равнин в Оклахоме. С помощью сложных компьютерных моделей, учитывающих микрофизические свойства облачных частиц, они провели симуляции, которые точно воспроизвели реальные облака.

Команда обнаружила, что во всех случаях загрязнение увеличивало размер, толщину и продолжительность жизни облаков-наковален. Однако усиление конвекции наблюдалось только в тропиках и Китае, а в Оклахоме загрязнение, наоборот, ослабляло конвекцию. Это противоречие указало на иную причину. Анализ показал, что загрязнение всегда приводит к образованию более мелких капель и ледяных кристаллов. В чистых небесах тяжелые ледяные частицы быстрее выпадают из облаков, приводя к их рассеиванию. В загрязненных небесах кристаллы мельче, легче и дольше остаются в облаках, что и делает облака крупнее и долговечнее.

Учет такого влияния загрязнения на микрофизику грозовых облаков может повлиять на прогнозируемую величину глобального потепления в ближайшие десятилетия.