Измерение того, как климатические модели рассчитывают влияние облаков на потепление Земли

Ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, используя десять лет данных с трех уникальных измерительных площадок, установили, что глобальные климатические модели неверно отражают степень, в которой облака экранируют энергию солнечного нагрева. Впервые для информирования климатических моделей были использованы данные о пространственном охвате, высоте и прозрачности облаков. Относительные месячные и годовые различия между тремя наборами данных о облачности (cloud fraction) на каждой площадке оказались невелики. Однако сравнение наблюдений с дюжиной глобальных моделей показало, что облачный покров в моделях представлен с существенной погрешностью — до 150% на одной из площадок.

Количество облаков, покрывающих Землю, является ключевым фактором нагрева или охлаждения поверхности. Облака изменяют количество солнечной радиации, достигающей поверхности. Точное измерение облачности, то есть доли небосвода, затененной облаками, поможет предсказать, как и где облака влияют на энергетический баланс Земли, а также на прогнозы осадков и качества воздуха во всем мире.

«Все согласны, что облака — наиболее неопределенный фактор в прогнозах климатических моделей. Именно поэтому Министерство энергетики США сделало значительные инвестиции в сбор данных наблюдений за облаками и радиацией», — отметил ведущий автор исследования, атмосферный ученый д-р Юнь Цянь. — «Мы взяли исходные данные и показали, как их можно использовать для оценки облачности, высоты облаков и их радиационного эффекта, а затем сравнили эти данные с климатическими моделями».

Данные собирались на трех объектах Комплекса по измерению атмосферной радиации (ARM): Северный склон Аляски, Южные Великие равнины (Оклахома) и Тропическая западная часть Тихого океана, что охватывает широкий диапазон климатических условий. Использовались инструменты для измерения облачности: обзорный фотограф неба (TSI), лидар, радар и радиометры. Наблюдательные данные сравнили с представлением облачности в 12 глобальных циркуляционных моделях (GCM), используемых в отчетах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC). Выяснилось, что модели демонстрируют наибольшие расхождения с наблюдениями именно по тем облачным переменным, которые сильнее всего различаются между самими моделями.

Облачность меняется на разных высотах, что по-разному влияет на нагрев и общую циркуляцию атмосферы. Это исследование дает новое понимание для улучшения прогнозирования облаков в глобальных климатических моделях. Ученые будут работать над усовершенствованием прогноза облачных свойств в модели CAM5 (Community Atmosphere Model).