Simuleringer viser, at strålingsændringer får havdækkende skyer til at bryde op

At have skyer på himlen afkøler dagen, reflekterer sollys og skygger for landet. Nogle mennesker har foreslået, at vi bruger denne type reflekterende effekt til at afkøle planeten - en forestilling kendt som solar geoengineering.

Forskere har foreslået, at dette, kombineret med nuværende skydække, kunne sænke den globale temperatur. Imidlertid, reflektering af sollys er ikke en proces, der eliminerer drivhusgasser og deres virkninger. Hvad sker der, når skyer interagerer med høje niveauer af kuldioxid (CO ₂ )?

En NASA og NSF-finansieret undersøgelse med bidrag fra Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) forskere Colleen Kaul og Kyle Pressel undersøger disse spørgsmål. Specifikt, de undersøger, hvordan skyer interagerer med stråling under forskellige forhold, især øgede niveauer af drivhusgasser.

Forskerholdet, alt på California Institute of Technology på det tidspunkt, udviklet en metode til modellering af skyer, der kobler højopløsningssimuleringer af stratocumulus-skyerne, der dækker brede strækninger af havet, med en simpel klimamodel. Disse skyer er nøglereflektorer for solstråling og fortsætter på grund af langbølget strålingskøling, hvor toppen af ​​skyerne frigiver energi i form af lavenergi, infrarøde lysbølger.

Langbølgeafkøling er afgørende for at forbinde skyerne med den fugtige luft ved havoverfladen, der føder dem. Imidlertid, denne naturlige proces kan forstyrres af høje koncentrationer af drivhusgasser, såsom CO ₂ , metan, og dinitrogenoxid, der kan absorbere det infrarøde lys.

Simulering af skyer i troperne

Forskerne brugte en simulering med stor hvirvel, en måde at matematisk modellere atmosfærens bevægelse, til nøjagtigt at repræsentere skydynamikken. De kombinerede det med en etableret, simpel tropisk klimamodel, der giver dem mulighed for at bruge simulering af store hvirvelstrømme til at udforske klimarelaterede spørgsmål.

Forskerholdet brugte data taget fra virkelige områder af skyer som grundlag for at skabe deres simulerede repræsentative sky-patch. Dette plaster tjente derefter som den generelle model for stratocumulus-skyer, der kunne blive udsat for skiftende niveauer af CO ₂ , med fokus på at isolere dens virkninger på infrarød stråling.

Når CO ₂ niveau nået 1, 700 ppm (mere end en firedobling af dagens niveauer) blev de simulerede skyer for ustabile og forsvandt. Efter det, selv om CO ₂ niveau faldet under ustabilitetstærsklen, skyerne forvandlede sig ikke, viser et vendepunkt i atmosfæren, hvor stratocumulus-skyer ikke længere er i stand til at eksistere stabilt.

Når først skyerne er væk, det modellerede klima opvarmes hurtigt og dramatisk. I et ekstremt scenarie, hvor de nuværende opvarmningstendenser fortsætter i over et århundrede, globale CO ₂ niveauer kan nå højt nok til at sprede stratocumulus-skyer og få den tropiske havoverfladetemperatur - en proxy for den samlede opvarmning - til at stige med 5°C.

Det er kompliceret at holde temperaturerne lave

Dette indikerer, at stratocumulus-skyer er ekstremt følsomme over for ændringer i langbølget infrarød stråling. Skyernes tendens til at forsvinde med høje niveauer af CO ₂ indikerer, at solar geoengineering ikke er en fejlsikker mulighed for at afkøle planeten. Det kan virke at købe noget ekstra tid, men efter et vist punkt kunne klimaet hurtigt varmes op uden yderligere indsats for at mindske emissionerne.

Forskere, der udforsker de komplekse interaktioner, der styrer den naturlige verden, har mange overvejelser at huske på. Modeller, der tillader udforskning af forskellige aspekter af jordsystemet, vil være nøglen til at forstå de potentielle konsekvenser af enhver plan.