Формирование и распределение облаков подчиняется простым термодинамическим и статистическим законам

Исследователи из Университета Юты, возможно, нашли способ значительно упростить прогнозирование формирования облаков. Результаты, опубликованные в Journal of Geophysical Research-Atmospheres, показывают, что статистика размеров и форм облаков может быть описана с помощью простых термодинамических принципов, без необходимости моделирования всей их физической сложности. Это открытие может заполнить ключевой пробел в понимании роли облаков в изменении климата.

Облака, особенно в тропиках, играют критическую роль в климатической системе, выступая в качестве «конвейера», выводящего избыточное тепло в верхние слои атмосферы. Однако их сложная и турбулентная природа делает их влияние на глобальное потепление главной неопределенностью в климатических моделях. Текущие прогнозы климатической чувствительности (повышения температуры при удвоении CO₂) варьируются от 1,5 до 4,5 °C во многом из-за этой неопределённости.

«Мы использовали простую термодинамику, — говорит профессор атмосферных наук Тим Гарретт, — чтобы предсказать, что должно быть много маленьких облаков и мало больших, в пропорциях, подчиняющихся простым математическим законам». Ключевым оказался анализ границ облаков, через которые происходит обмен теплом и влагой с окружающим воздухом. Учёные обнаружили, что произведение количества облаков на их общий периметр остаётся постоянным (масштабная инвариантность), и эти отношения не зависят от температуры атмосферы. Их простая статистическая модель воспроизвела ключевые параметры сложной суперкомпьютерной модели Giga-LES с точностью до 13%.

Хотя модель не предсказывает конкретное расположение облаков, она пригодна для долгосрочных климатических прогнозов. «Предположение нашего исследования, — отмечает Гарретт, — состоит в том, что обратные связи "облака-климат" могут быть небольшими, потому что в более тёплом климате тропические облака перестроятся так, чтобы сохранить своё нынешнее слабое влияние на температуру поверхности». Если это подтвердится, облака, вероятно, не будут значительно усиливать глобальное потепление.