Исследование помогает сузить одну из причин, почему облака сложно моделировать

Частицы в воздухе, известные как аэрозоли, сильно влияют на формирование и изменение облаков, но точное воспроизведение этого эффекта в компьютерных климатических моделях оказалось крайне сложной задачей. Новое исследование, опубликованное в онлайн-версии журнала Proceedings of the National Academy of Sciences 26 февраля, предполагает причину: либо модели не способны уловить с достаточной детализацией процессы, происходящие в облаках, либо аэрозоли в современной атмосфере из-за загрязнения настолько распространены, что их конкретное влияние на облака трудно определить.

Ключевая проблема заключается в отсутствии данных об облаках доиндустриальной эпохи, до появления загрязнения, для сравнения с современными облаками. Поскольку облака являются ключевой частью климатической системы Земли, понимание их поведения доиндустриальной эры может в конечном итоге помочь точнее определить, насколько в итоге потеплеет мир.

Сложности моделирования

В настоящее время, когда ученые используют модели для расчета влияния аэрозолей на климат Земли через облака, они получают гораздо более широкий диапазон значений и большую неопределенность, чем для парниковых газов. Облака сложны: их свойства зависят от крошечных аэрозольных частиц, вокруг которых формируются капли; большее количество частиц приводит к увеличению числа капель, что влияет на яркость и продолжительность жизни облака. Кроме того, измерения облаков, проводимые сегодня, не имеют аналогов в геологической летописи, в отличие от парниковых газов, сохранившихся в пузырьках во льдах.

Чтобы оценить, насколько хорошо измерения облаков и аэрозолей представлены в моделях, авторы сравнили различные модели друг с другом и с измерениями, изучив, как они воссоздают прошлое и настоящее. Команда обнаружила, что значения для доиндустриального и современного периодов не согласуются между разными моделями, а в некоторых случаях даже различаются по знаку. Это указывает на то, что невозможно смоделировать доиндустриальные облака, используя измерения, собранные в постиндустриальном мире.

Пути к улучшению моделей

Исследование указывает по крайней мере на два потенциальных пути улучшения моделирования облаков. Во-первых, облака могут быть сложнее, чем это представлено в текущих моделях (например, иметь неучтенные слои). В этом случае модели не хватает необходимой сложности для симуляции взаимодействия аэрозолей и облаков. Во-вторых, современные облака в регионах, где проводятся наблюдения, никогда не бывают такими «чистыми», как в доиндустриальную эпоху из-за долгосрочных выбросов парниковых газов и загрязнителей.

«Изменчивость в современный период неприменима к доиндустриальным временам, потому что сейчас все иначе», — отметил автор исследования Стив Ган из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США. Ученые могут исследовать второй вариант, изучая облака в нетронутых регионах мира, например, в Южном полушарии между 40 и 50 градусами южной широты. Третье возможное объяснение — уравнения, описывающие взаимодействие облаков и аэрозолей, могут быть не совсем точными.