Облака играют важную роль в энергетическом балансе Земли, поскольку они по-разному взаимодействуют с излучением. С одной стороны, низкие облака отражают поступающую солнечную радиацию и таким образом охлаждают Землю благодаря свойству, известному как альбедо. С другой стороны, облака, расположенные в основном на больших высотах, препятствуют выходу теплового излучения в космос, что оказывает согревающий эффект. В настоящее время преобладает охлаждающий эффект.
Если глобальное потепление приведёт к изменению площади или яркости облаков, это может усилить или ослабить их альбедо и, следовательно, охлаждающий эффект. Согревающий эффект облаков может измениться, если они переместятся на другую высоту при повышении температуры. Оба фактора повлияют на чувствительность климата, которая измеряет, насколько нагревается поверхность Земли при удвоении содержания углекислого газа, и является ключевым показателем для климатических прогнозов.
Исследование изменений высоты облаков
Чтобы изучить влияние изменения высоты облаков, группа под руководством Лукаса Клуфта из Института Макса Планка по метеорологии (MPI-M) исследовала радиационный эффект облаков при постоянном альбедо, используя простую идеализированную модель. Статья опубликована в журнале Atmospheric Chemistry and Physics.
В модели атмосфера представлена в виде воздушного столба с типичным профилем температуры и давления. Исследователи ввели облака в трёх слоях: низкие облака у поверхности, облака среднего уровня, образующиеся на уровне замерзания, и высокие ледяные облака. Эксперимент предполагал, что альбедо этих облаков не изменяется при повышении глобальных температур, но позволял им подниматься или опускаться.
«Прелесть таких упрощённых моделей заключается в их близости к нашему концептуальному пониманию. В своей простоте они чётко определены, что позволяет нам целенаправленно экспериментировать», — говорит Клуфт.
Поскольку упрощённая модель не позволяет предсказать свойства облаков, исследователи смоделировали большое количество правдоподобных комбинаций облаков, соответствующих текущим спутниковым измерениям. Чувствительность климата, рассчитанная для этих примерно 500 конфигураций с фиксированным альбедо, составила 2,2 °C при удвоении уровня углекислого газа, что чуть ниже теоретического значения для полностью безоблачной атмосферы при отсутствии каких-либо изменений поверхности.
Результаты исследования
Когда исследователи повысили температуру в своей модели, низкие облака остались на том же уровне давления и стали теплее. Облака среднего уровня и высокие облака переместились на большую высоту и в основном сохранили свою температуру. Хотя неизменная температура приводит к большему потеплению, большая высота также ослабляет парниковый эффект углекислого газа. Эти два эффекта нейтрализуют друг друга, так что общая чувствительность климата остаётся практически неизменной.
«Для нас было важно установить базовый уровень, вытекающий из теоретического понимания: мы можем понять чувствительность климата в 2,2 °C. Если наши более сложные климатические модели выдают другие значения, мы можем исследовать происхождение возможных отклонений», — объясняет Клуфт.
Например, простой учёт отступления поверхностного снега и льда при потеплении увеличивает ожидаемую чувствительность климата до более часто цитируемых значений около 3 °C. Исследователи установили важную эталонную величину, которая может стать основой для дальнейших исследований, например, потенциальных изменений альбедо облаков с использованием нового поколения моделей земной системы, разрабатываемых в институте.
Предоставлено Институтом Макса Планка