Почему облака — недостающий элемент в пазле изменения климата

То, насколько сильно потеплеет наш мир в этом веке, зависит от действий, которые мы предпримем в ближайшие десятилетия. Чтобы удержать рост глобальной температуры ниже 1,5°C и избежать опасного уровня потепления, правительствам необходимо знать, сколько углерода они могут выбросить и за какой период.

Однако текущие климатические модели не сходятся в определении этого порога. Новое исследование выявило одну из причин такого большого разброса оценок безопасного объема выбросов углерода: неопределенное поведение облаков. В одних климатических моделях облака сильно усиливают потепление. В других они оказывают нейтральный эффект или даже слегка его ослабляют. Так почему же облака, вероятно, сыграют такую ключевую роль в определении нашей судьбы?

Прогнозы климатических моделей обычно показывают, что глобальные температуры растут почти в тандеме с общим количеством углерода, выброшенного с течением времени. Чтобы не превысить определенный уровень потепления, миру необходимо ограничить выбросы углерода, чтобы они оставались в рамках определенного углеродного бюджета. В моделях, где облака усиливают потепление, этот бюджет меньше. Там, где облака оказывают почти нейтральный или ослабляющий эффект, бюджет больше.

Почему облака так важны?

Облака могут действовать как зонтик, охлаждая Землю, отражая солнечный свет от поверхности планеты обратно в космос. Но они также могут действовать как теплоизолирующее одеяло, нагревая Землю, препятствуя уходу части тепла из нашей атмосферы в космос в виде инфракрасного излучения. Какой из этих двух эффектов преобладает — зонтик или одеяло — зависит от высоты и толщины облаков. Как правило, чем выше облако, тем эффективнее оно предотвращает утечку тепла в космос. Чем толще облако, тем лучше оно отражает солнечный свет.

Высокие тонкие облака пропускают солнечный свет, при этом эффективно предотвращая уход тепла в космос, обеспечивая чистый эффект потепления. Низкие толстые облака сильно отражают солнечный свет, почти не влияя на уход инфракрасного излучения, создавая чистый охлаждающий эффект. Поскольку в атмосфере гораздо больше низких толстых облаков, чем высоких тонких, эффект зонтика доминирует, и наша планета была бы намного горячее, если бы облаков не существовало.

Облака меняются

Ожидается, что глобальное потепление вызовет изменения в количестве облачного покрова, а также высоте и толщине этих облаков в будущем, смещая баланс между эффектами зонтика и одеяла. Последующее влияние этого на температуру известно как обратная связь облаков. Проекции изменения климата не могут игнорировать эту обратную связь, поскольку даже относительно небольшие изменения свойств облаков могут иметь значительные последствия для глобальной температуры.

Чтобы предсказать, как облака изменятся в будущем, наше исследование объединяет данные наблюдений и климатических моделей с теоретическим пониманием физики облаков. В совокупности это говорит о том, что облака с большей вероятностью усилят глобальное потепление, чем ослабят его, по двум причинам. Во-первых, ожидается, что покров низких облаков в тропиках уменьшится по мере роста глобальных температур, снижая их эффект зонтика. Во-вторых, хорошо известно, что высокие облака будут подниматься в более высокие слои атмосферы по мере ее нагрева, делая их более эффективными одеялами.

Хотя мы и знаем, что облака, вероятно, усилят глобальное потепление, все еще существует большая неопределенность в том, насколько сильным будет этот эффект. Здесь климатические модели мало помогают, поскольку они могут моделировать только общие свойства атмосферы в масштабах десятков километров и нескольких часов. Крошечные капли облаков формируются и испаряются за минуты. Модели упускают эти мелкомасштабные детали, но они необходимы для точных прогнозов.

Климатические модели вынуждены прибегать к упрощениям для представления облаков, что вносит ошибки. Поскольку разные модели используют разные упрощения в описании облачных процессов, они также делают разные прогнозы обратной связи облаков, что приводит к разбросу в проекциях глобального потепления и различиям в нашем оставшемся углеродном бюджете. Для данного сценария будущих выбросов углерода облака являются единственным наиболее важным фактором, стоящим за различиями в прогнозируемом будущем потеплении между моделями.

Стоит ли беспокоиться?

Климатическая чувствительность — количество долгосрочного глобального потепления, ожидаемого при удвоении количества углерода в атмосфере, — в настоящее время оценивается в диапазоне от 1,5° до 4,5°C. Последствия такого уровня потепления уже тревожны, но несколько новых климатических моделей, разрабатываемых ведущими мировыми исследователями, прогнозируют потепление более чем на 5°C. Эти новые модели также отличаются улучшенным представлением облачных процессов, что, кажется, указывает на то, что глобальное потепление может быть еще хуже, чем мы думали.

К счастью, существуют альтернативные прогнозы, указывающие на более умеренное потепление. Те же модели с самым высоким долгосрочным потеплением также переоценили уже наблюдаемые тенденции потепления. Тем временем продолжаются дальнейшие исследовательские усилия, чтобы точно определить роль облаков в климатической чувствительности.

Ясно, что наша планета будет продолжать нагреваться по мере того, как мы продолжаем выбрасывать углерод в атмосферу. Но насколько сильно — останется написанным на облаках.