Каким будет потепление в этом столетии, зависит от действий, которые человечество предпримет в ближайшие десятилетия. Чтобы удержать повышение среднеглобальной температуры ниже 1,5°C и избежать опасного уровня потепления, правительствам необходимо знать, сколько углерода можно выбросить и в какие сроки.

Однако современные климатические модели не дают однозначного ответа, где находится этот порог допустимых выбросов. В новом исследовании обнаружена одна из причин, по которой существует такой широкий диапазон оценок того, сколько углерода может быть безопасно выброшено: неопределённое поведение облаков. По расчётам некоторых климатических моделей облака значительно усиливают потепление, в других случаях они имеют нейтральный эффект или даже немного смягчают его. Так почему же облака могут сыграть такую ​​ключевую роль в нашей судьбе?

Прогнозы климатических моделей обычно показывают, что глобальные температуры повышаются почти синхронно с общим количеством углерода, поступающего в атмосферу с течением времени. На графике ниже это показано черной линией. Чтобы избежать превышения определенного уровня потепления, миру необходимо ограничить эмиссию углерода так, чтобы она оставалась в пределах определённого углеродного бюджета. В климатических моделях, где облака усиливают потепление, этот углеродный баланс меньше (красные пунктирная линия и стрелка). Там, где облака имеют почти нейтральный или демпфирующий эффект, углеродный баланс больше (синие пунктирная линия и стрелка).

 

Остаточные углеродные бюджеты в прогнозах климатических моделей

Почему облака так важны?

Облака могут действовать как зонтик, отражая солнечный свет от поверхности планеты обратно в космос, тем самым способствуя охлаждению Земли. Но они также могут действовать как изолирующее одеяло, согревая Землю, предотвращая утечку тепла из нашей атмосферы в космос в виде инфракрасного излучения. Этот эффект «одеяла» особенно заметен зимой, когда облачные ночи обычно намного теплее, чем безоблачные.
Какой из этих двух эффектов преобладает - зонтик или одеяло - зависит от высоты и толщины облаков. Как правило, чем выше облако, тем эффективнее оно предотвращает утечку тепла в космос. Чем толще облако, тем лучше оно отражает солнечный свет от поверхности Земли.

Высокие тонкие облака пропускают солнечный свет, эффективно предотвращая утечку тепла в космос в виде инфракрасного излучения, обеспечивая чистый парниковый эффект. Низкие толстые облака эффективно отражают солнечный свет, но мало влияют на уходящее в космос инфракрасное излучение, создавая чистый охлаждающий эффект.

Поскольку в атмосфере гораздо больше низких толстых облаков, чем высоких тонких, преобладает эффект зонтика, и наша планета была бы намного горячее, если бы облаков не существовало.

Облака меняются

Ожидается, что глобальное потепление вызовет количественные изменения в облачном покрове, а также в высоте и толщине этих облаков в будущем, изменив баланс между зонтичным и покровным эффектами. То, как это скажется на температуре, называют облачной обратной связью. В прогнозах изменения климата нельзя игнорировать облачную обратную связь, поскольку даже относительно небольшие изменения свойств облаков могут иметь значительные последствия для глобальной температуры.

Чтобы предсказать, как будет меняться облачность в будущем, данное исследование объединило результаты наблюдений и модельные климатические расчёты с теоретическим пониманием физики облаков. Всё вместе свидетельствует о том, что облака с большей вероятностью усилят глобальное потепление, чем ослабят его по двум причинам.

Во-первых, ожидается, что покров низких облаков в тропиках будет уменьшаться по мере повышения глобальной температуры, снижая их эффект зонтика. Во-вторых, хорошо известно, что высокие облака будут перемещаться вверх по мере того, как нагревается атмосфера, что делает их более эффективными парниковыми «одеялами». Эти эффекты потепления могут быть несколько смягчены увеличением толщины облаков только в высоких широтах, особенно над Южным океаном вокруг Антарктиды, но это не отменяет общего эффекта потепления.

Хотя мы знаем, что облака, вероятно, усилят глобальное потепление, всё ещё существует большая неопределённость в отношении того, насколько сильным будет этот эффект. Здесь климатические модели мало помогают, поскольку они могут моделировать только основные свойства атмосферы с характерными масштабами в десятки километров и в несколько часов. Крохотные облачка образуются и испаряются за считанные минуты. В моделях отсутствуют эти мелкие детали, необходимые для точных прогнозов.

Климатические модели вынуждены прибегать к упрощениям для представления облаков, вносящим заметные ошибки. Поскольку разные модели делают разные упрощения в своём описании облачных процессов, они также по-разному предсказывают облачную обратную связь, что приводит к разбросу в прогнозах размера глобального потепления и различий в остаточном углеродном бюджете. Для данного сценария будущих выбросов углерода облака являются единственным наиболее важным фактором, определяющим различия в будущем потеплении, прогнозируемом моделями.

Стоит ли волноваться?

Чувствительность климата, величина долгосрочного глобального потепления, ожидаемого, если количество углерода в атмосфере удвоится, в настоящее время оценивается в диапазоне от 1,5° до 4,5°C. Последствия такого уровня потепления уже вызывают беспокойство, но несколько новых климатических моделей, разрабатываемых в настоящее время ведущими мировыми исследовательскими центрами, прогнозируют, что потепление превысит 5°C. В этих новых моделях также улучшено представление облачных процессов, поэтому, похоже, что глобальное потепление может быть даже хуже, чем предполагалось до сих пор.

К счастью, есть альтернативные прогнозы, указывающие на более умеренное потепление. Те же модели с самым высоким долгосрочным потеплением также переоценили уже наблюдаемые реальные тенденции. Тем временем продолжаются дальнейшие исследования, чтобы определить роль облаков в чувствительности климата.

Ясно, что наша планета будет и далее нагреваться, поскольку эмиссия углерода в атмосферу продолжается. Но насколько – зависит и от эволюции облачности.

Ссылка: https://phys.org/news/2020-09-clouds-piece-climate-puzzle.html