С наступлением зимы в Северном полушарии приходят холодные и пасмурные дни. Облака играют важную роль в окружающей среде, обеспечивая дожди и отражая солнечный свет до того, как он достигнет поверхности Земли.
Однако с 2003 по 2022 год облака над Северной Атлантикой и северо-восточной частью Тихого океана стали хуже отражать солнечный свет, позволяя большему количеству солнечных лучей достигать поверхности океана и вызывая повышение температуры поверхности моря.
Мы с коллегами недавно провели исследование, которое показывает, что глобальные усилия по улучшению качества воздуха непреднамеренно ускорили климатическое потепление, изменив характеристики облаков.
Основные выводы исследования
- Улучшение качества воздуха имеет значительные преимущества для здоровья человека, но снижение количества аэрозолей (мелких частиц) привело к уменьшению охлаждающего эффекта облаков и ускорению климатического потепления.
- Анализ спутниковых данных за два десятилетия показал, что низкоуровневые облака в Северном полушарии быстро тускнеют с 2003 года.
- Отражательная способность облаков над Северной Атлантикой и северо-восточной частью Тихого океана снизилась почти на 3% за десятилетие.
- Температура поверхности моря за тот же период повысилась примерно на 0,4 °C, что усилило морские тепловые волны, нанесшие ущерб экосистемам и рыбному промыслу.
Причины изменений
Мы ожидали, что климатическое потепление из-за увеличения выбросов парниковых газов приведёт к уменьшению количества низких облаков над океаном. Однако наблюдаемые изменения были слишком велики, чтобы их можно было объяснить только этим процессом или естественной изменчивостью климата.
Ключевым фактором оказались аэрозоли — мелкие частицы, которые служат основой для облачных капель. Когда аэрозолей меньше, облака содержат меньше, но более крупных капель. Эти капли отражают меньше солнечного света и с большей вероятностью быстро выпадают в виде осадков, образуя более короткие по времени жизни и более тёмные облака.
Этот процесс ослабляет охлаждающее влияние, которое оказывают низкие облака на морские районы. Эффект обусловлен двумя известными механизмами:
- Эффект Туми (Twomey effect), когда меньшее количество аэрозолей делает облака менее отражающими.
- Эффект Альбрехта (Albrecht effect), когда более крупные капли сокращают время жизни облаков.
Вместе эти изменения снижают общую отражательную способность планеты.
Парадокс чистого воздуха
Наше исследование обнажает парадокс: более чистый воздух приносит пользу здоровью человека, но также раскрывает всю силу потепления, вызванного парниковыми газами, которое исторически было «маскировано» охлаждающим эффектом аэрозольного загрязнения.
Выбросы диоксида серы (SO₂) — основного источника сульфатных аэрозолей — резко снизились, поскольку страны приняли более строгие правила регулирования качества воздуха. Выбросы SO₂ в Китае снизились примерно на 16 миллионов метрических тонн за десятилетие с 2003 года, с аналогичными сокращениями в Соединённых Штатах и Европе.
Более чистый воздух означает меньшее количество аэрозольных частиц, доступных для образования ярких, отражающих облаков. Наше исследование показало снижение концентрации облачных капель на 5–10%, особенно в регионах, где яркость облаков упала больше всего.
Анализ 24 моделей земной системы показал, что большинство из них недооценивают масштабы и степень наблюдаемых изменений облаков. Только модели, точно представляющие, как аэрозоли влияют на облака, соответствуют реальным наблюдениям.
В нашем исследовании мы разделили эффекты от сокращения выбросов загрязняющих воздух частиц и изменений в облаках, вызванных общим потеплением. Результаты показали, что снижение количества аэрозолей составило 69% потерь отражательной способности облаков, а потепление — 31%.
Снижение яркости облаков в этих океанских регионах добавило около 0,15 ватт на квадратный метр (Вт/м²) в десятилетие к глобальному энергетическому дисбалансу Земли, даже несмотря на то, что регионы занимают всего 14% поверхности планеты. Повышение глобальных уровней CO₂ добавило примерно 0,31 Вт/м² в десятилетие за тот же период, что означает, что более чистый воздух вызвал почти вдвое меньшее дополнительное потепление, чем сам CO₂ в этих районах.
Это открытие создаёт проблему для политики: улучшения качества воздуха, которые спасают жизни, также устраняют охлаждающий щит, который маскировал значительную часть потепления, вызванного парниковыми газами. Поскольку ожидается, что выбросы аэрозолей будут продолжать снижаться до середины века, это «раскрытие» может способствовать ускорению темпов потепления на десятилетия.
Спутники, наблюдающие за облаками и аэрозолями, приближаются к концу своей миссии, с поэтапным прекращением работы, ожидаемым в 2026 году. Долгосрочный спутниковый мониторинг оказался важным для выявления связи между более чистым воздухом, тускнеющими облаками и региональным потеплением и будет иметь решающее значение для понимания будущего потепления.
Наши результаты показывают, что многие климатические модели могут недооценивать краткосрочное региональное потепление по мере снижения содержания загрязняющих воздух частиц. Улучшение представления в моделях того, как аэрозоли влияют на облака, и продолжение глобальных наблюдений будет иметь решающее значение для более точных прогнозов.
Решение парадокса более чистого воздуха, раскрывающего скрытое потепление, требует интеграции политики в области качества воздуха и климата и ускорения сокращения выбросов парниковых газов — единственного надёжного способа охладить планету.