Fysikere viser, at interaktioner mellem røg og skyer har en uventet kølende effekt

Atomsfæriske fysikere har fundet ud af, at den måde, hvorpå skovbrandrøg fra Afrika interagerer med skyer over Atlanterhavet, resulterer i en netto afkølende effekt. hvilket er i modstrid med tidligere forståelse og har betydning for globale klimamodeller.

Skyer spiller en fremtrædende rolle i at moderere Jordens klima, men deres rolle er stadig dårligt forstået. Generelt, skyer afkøler Jorden ved at reflektere indkommende sollys tilbage ud i rummet. Reduktion af skyernes reflektionsevne – med et lag af forurening, for eksempel – reducerer køleeffekten. Imidlertid, ny forskning i Proceedings of the National Academy of Sciences af fysikere ved UMBC og samarbejdspartnere tilføjer et overraskende twist til denne model.

Hvert efterår, brande raser gennem det centrale og sydlige Afrika, skaber så meget røg, at det er tydeligt at se fra rummet. Vinden fejer røgen mod vest over Atlanterhavet, hvor den hæver sig over den største semi-permanente samling af skyer i verden. Årevis, videnskabsmænd mente, at generelt, røgen mindsker skyernes kølende effekt ved at absorbere lys, som skyerne under ellers ville reflektere. Den nye undersøgelse af Zhang og kolleger bestrider ikke denne effekt, men introducerer en ny mekanisme, der modvirker det ved at gøre skyerne mere reflekterende.

"Formålet med dette papir er at se på disse konkurrerende processer. Hvilken er vigtigst?" spørger Zhang. Ved at bruge data fra et LiDAR-system på den internationale rumstation, nyere UMBC-forskning viste, at røg- og skylagene er meget tættere på hinanden end tidligere observeret. Det betyder røgen, som er i form af bittesmå partikler kendt som aerosoler, kan fysisk interagere med skyerne, påvirker hvordan de dannes på mikroskopisk niveau. Tidligere undersøgelser overså normalt disse mikrofysiske ændringer på grund af aerosolers interaktion med skyerne.

Skyer har brug for "frø" for at vokse. Et frø kan være en hvilken som helst lille partikel, som skydråber kondenserer omkring. Aerosoler er perfekte til at så skyer, og med flere frø, mange små skydråber erstatter færre store dråber, som så tilsammen reflekterer mere lys og øger køleeffekten.

Holdet fandt ud af, at under røgfyldte forhold, der er næsten dobbelt så mange "frø" per kubikcentimeter. Ved at køre computersimuleringer under forskellige forhold, de fastslog, at samlet set "Seedingseffekten vinder, " siger Zhang. Så, i modsætning til langvarig forståelse, den samlede effekt af den svævende røg på skyerne nær Afrika ser ud til at være afkølende.

Zhang er hurtig til at påpege, at dette resultat ikke er et argument til fordel for brande. "Aerosoler er et meget lokalt fænomen, og de er også kortvarige, " han siger, så deres kølende virkning er kortvarig, også. "Livtiden for kuldioxid og andre drivhusgasser, "som frigives i overflod, når plantemateriale brænder, "er hundreder af år."

Holdets ultimative mål er at forfine globale klimamodeller ved at forbedre, hvordan de tager højde for skyer. Zhangs anden ph.d. studerende og en anden medforfatter, Zhifeng Yang, har bidraget til den indsats ved at analysere data indsamlet af en satellit, der forbliver på himlen (i stedet for at kredse om Jorden) for at få en mere præcis fornemmelse af, hvordan skydække ændrer sig i daglige cyklusser.

Næste skridt er at evaluere eksisterende klimamodeller i forhold til holdets nye fund. "Nu hvor vi ved, at der er to konkurrerende mekanismer, og seeding-effekten vinder, vi kan se, om klimamodeller overvejer disse processer korrekt, når de forudsiger vejret og klimaet i dette område, " forklarer Zhang.

En ny NASA-mission kaldet PACE, der forventes at blive lanceret i 2020, vil hjælpe deres indsats. Det vil være i stand til at detektere polariseret lys, udover alt LiDAR kan. "Med den nye satellit kan du se på tingene fra forskellige perspektiver, " siger Zhang, og udvikle tredimensionelle modeller af samspillet mellem aerosoler og skyer. "Forhåbentlig kan vi se endnu bedre på dette fænomen."

Ud over den kommende NASA-mission, Det, der virkelig begejstrer Zhang og hans team, er muligheden for at spille en rolle i at sikre, at samfund rundt om i verden har den bedste tilgængelige information, når de forbereder sig på virkningerne af klimaændringer.