Plettet dækning:Klimamodeller undervurderer køleeffekten af ​​den daglige skycyklus

Forskere fra Princeton University har fundet ud af, at de klimamodeller, som forskere bruger til at projicere fremtidige forhold på vores planet, undervurderer den afkølende effekt, som skyer har på daglig – og endda timebasis – basis. især over land.

Forskerne rapporterer i tidsskriftet Naturkommunikation 22. december, at modeller har en tendens til at medregne for meget af solens daglige varme, hvilket resulterer i varmere, tørrere forhold, end der rent faktisk kan forekomme. Forskerne fandt ud af, at unøjagtigheder i at redegøre for det daglige, eller dagligt, skycyklus syntes ikke at ugyldiggøre klimafremskrivninger, men de øgede fejlmarginen for et afgørende værktøj, videnskabsmænd bruger til at forstå, hvordan klimaændringer vil påvirke os.

"Det er vigtigt at få det rigtige resultat af den rigtige grund, " sagde den tilsvarende forfatter Amilcare Porporato, en professor i civil- og miljøteknik og Princeton Environmental Institute. "Disse fejl kan sive ned i andre ændringer, såsom at projicere færre og svagere storme. Vi håber, at vores resultater er nyttige til at forbedre, hvordan skyer modelleres, hvilket ville forbedre kalibreringen af ​​klimamodeller og gøre resultaterne meget mere pålidelige."

Porporato og første forfatter Jun Yin, en postdoc forskningsassistent i civil- og miljøteknik, fandt ud af, at ikke nøjagtigt at fange den daglige skycyklus har solen bombarderet Jorden med yderligere 1-2 watt energi pr. kvadratmeter. Den øgede kuldioxid i atmosfæren siden starten af ​​den industrielle tidsalder anslås at producere 3,7 watt ekstra energi per kvadratmeter. "Fejlen her er halvdelen af ​​det, så i den forstand bliver det væsentligt, " sagde Porporato.

Yin og Porporato foretog deres undersøgelse efter at have deltaget i et seminar om skydækning og klimafølsomhed. "Højttaleren talte meget om, hvor skyerne er, men ikke hvornår, " sagde Yin. "Vi troede, at timingen var lige så vigtig, og vi var overraskede over at finde ud af, at der var færre undersøgelser af det."

Skyer skifter i løbet af dagen og fra dag til dag. Klimamodeller gør et godt stykke arbejde med at fange den gennemsnitlige skydækning, Yin sagde, men de savner vigtige toppe i faktisk skydækning. Disse toppe kan have en dramatisk effekt på de daglige forhold, som tidligt på eftermiddagen på den varmeste del af dagen.

"Klimaforskere har skyerne, men de savner timingen, " sagde Porporato. "Der er en stærk følsomhed mellem den daglige skycyklus og temperatur. Det er ligesom en person, der tager et tæppe på om natten eller bruger en parasol om dagen. Hvis du savner det, Det gør en enorm forskel."

Forskerne brugte satellitbilleder fra 1986-2005 til at beregne de gennemsnitlige daglige cyklusser af skyer i hver sæson på verdensplan. Yin analyserede skydækningen med tre timers intervaller, ser på mere end 6, 000 punkter på kloden, der måler 175 miles ved 175 miles hver.

Yin og Porporato sammenlignede de gennemsnit, de kom frem til, med dem fra ni klimamodeller brugt af klimaforskere. De fleste modeller har den tykkeste dækning, der forekommer om morgenen over landet snarere end tidligt på eftermiddagen, når skyer beskytter Jorden mod solens mest intense varme. "En lille forskel i timing kan have en stor strålingspåvirkning, " sagde Yin.

Forskerne planlægger at undersøge, hvilken effekt forskellige typer skyer har på klimamodelfremskrivninger, samt hvordan skycyklusser påvirker variationen af ​​Jordens temperatur fra år til år, især i forhold til ekstrem nedbør.

Gabriel Katul, professor i hydrologi og mikrometeorologi ved Duke University, sagde, at "betydningen er ret stor" af nøjagtigt at modellere den daglige skycyklus. Katul var ikke involveret i forskningen, men er bekendt med den.

Skycyklussen kan indikere mangler i karakteriseringen af ​​overfladevarme og atmosfærisk vanddamp, som begge er nødvendige for skydannelse, han sagde. Begge faktorer styrer også, hvordan den laveste del af Jordens atmosfære - kendt som det atmosfæriske grænselag - interagerer med planetens overflade.

"Modelleringen af ​​grænselagsvækst og kollaps er fyldt med vanskeligheder, fordi den involverer komplekse processer, der skal forenkles for meget i klimamodeller, " sagde Katul. "Så, at udforske tidspunktet for skydannelse og skyetykkelse er signifikant i dagskalaen netop fordi disse tidsskalaer er de mest relevante for grænselagsdynamik og overflade-atmosfære varme og vand-dampudveksling. "

Når det kommer til skyer, klimamodeller har typisk fokuseret på mekanismer, rumlige områder og tidsskalaer - såsom luftforurening og mikrofysik, hundredvis af kvadratkilometer, og årstider, henholdsvis - der er større og mere generaliseret, sagde Katul. "Der er praktiske grunde til, at sammenligninger af data-modeller blev udført på en måde, der maskerede den daglige variation i skyer, " sagde han. "Daglig variation var noget maskeret af det faktum, at meget af klimamodellens ydeevne blev rapporteret over længerevarende og større gennemsnit."

Ved at fange timingen og tykkelsen af ​​den daglige skycyklus på globalt plan, imidlertid, Yin og Porporato har givet videnskabsfolk et værktøj til at bekræfte, om klimamodeller passende viser skydannelse og samspillet mellem skyer og atmosfæren.

"Den globale dækning og vægt på både 'timing' og 'mængde' er bemærkelsesværdig. Så vidt jeg ved, dette er den første undersøgelse, der udforsker denne mangfoldighed af modeller på en så sammenhængende måde, " sagde Katul. "Jeg er sikker på, at denne type arbejde vil tilbyde nye perspektiver for at forbedre repræsentationen af ​​skyer. Jeg ville ikke blive overrasket over at se dette papir meget citeret i fremtidens IPCC [U.N. Det mellemstatslige panel om klimaændringer] rapporter."

Papiret, "Daglige skycyklusforstyrrelser i klimamodeller, " blev offentliggjort online 22. december af Naturkommunikation .