В нескольких словах
Облака играют сложную двойную роль в климате Земли, одновременно охлаждая и нагревая планету. Их поведение — один из ключевых факторов неопределенности в климатических моделях. Спутниковые наблюдения за 30 лет выявили тревожные тенденции, такие как сужение экваториального облачного пояса и смещение облаков к полюсам, что может усиливать глобальное потепление, пропуская больше солнечной радиации. Взаимодействие облаков с аэрозолями добавляет сложности. Новые миссии, как EarthCARE (ESA/JAXA), и наземные исследования направлены на лучшее понимание этих процессов, включая такие явления, как обледенение и изменение характера выпадения града в условиях меняющегося климата.
Облака — одна из главных загадок климата Земли. Эти воздушные структуры, содержащие сотни и тысячи тонн воды в виде взвешенных капель, парят в атмосфере, словно во сне. Их роль двойственна: с одной стороны, они отражают солнечную энергию обратно в космос, охлаждая атмосферу (низкие облака), но с другой — удерживают тепло, идущее от поверхности Земли (высокие облака), нагревая ее.
Локально преобладание того или иного эффекта зависит от их изменчивой природы: размера, расположения, количества содержащейся воды. Например, грозовая туча может скрывать миллион тонн воды. В глобальном масштабе, учитывая все облака планеты, научные данные показывают, что преобладает охлаждающий эффект, и поверхность Земли с облаками холоднее, чем была бы без них. Однако их влияние на климат чрезвычайно сложно и вносит большую неопределенность в климатические модели и прогнозы. Более того, как облака влияют на климат, так и изменения климата влияют на облака, и пока неясно, как эта взаимосвязь будет развиваться на все более теплой планете.
Новые данные со спутников
В недавнем исследовании, опубликованном в журнале «Climate Dynamics», ученые из Института космических исследований Годдарда NASA и Стокгольмского университета проанализировали более 30 лет изображений облаков, полученных метеорологическими спутниками NASA (Terra, Aqua, CALIPSO и др.). Они утверждают, что обнаружили сужение одной из самых устойчивых облачных полос Земли — белого слоя, окружающего экватор. По мнению климатологов, это исчезновение, оцениваемое в 1,5% за десятилетие, позволяет большему количеству солнечного света достигать поверхности, усиливая спираль глобального потепления. Также были обнаружены другие изменения в облачных паттернах, такие как смещение облаков от средних широт к полюсам.
Исчезновение облаков может иметь и другие последствия. Инструменты космических агентств десятилетиями фиксируют еще одну загадку: дисбаланс между получаемой Землей и излучаемой ею солнечной энергией. Баланс нарушен: приходит больше, чем уходит. Значительная часть этого дисбаланса объясняется деятельностью человека — выбросами парниковых газов и потерей отражающих ледяных масс, например, в Арктике. Но остальное неясно. Исследователи задаются вопросом, не является ли исчезновение облаков недостающим фактором для объяснения этого дисбаланса, что согласуется с другими исследованиями, например, опубликованным несколько месяцев назад в «Surveys in Geophysics» климатологами из Исследовательского центра Лэнгли NASA.
Облака и аэрозоли
В небе есть не только капли воды. Аэрозоли — это частицы, взвешенные в атмосфере: пыль, переносимая ветрами из пустынь, пепел от пожаров, выбросы вулканов, пыльца, выбросы транспорта и сельского хозяйства. «Аэрозоли способствуют образованию облаков, но также отражают и удерживают энергию, так что они взаимно влияют друг на друга», — объясняет Кармен Кордоба Хабонеро, исследователь из отдела исследований и атмосферных приборов Национального института аэрокосмической техники Испании (INTA).
Для изучения сложного взаимодействия трио «облака-аэрозоли-радиация» и его влияния на климат Европейское космическое агентство (ESA) и японское JAXA запустили в мае спутник EarthCARE. Он вращается на высоте 400 км и оснащен четырьмя приборами: атмосферным лидаром, радаром для профилирования облаков, камерами для мультиспектральных снимков и широкополосным радиометром. Кармен Кордоба Хабонеро участвует в калибровке этих инструментов.
Ученая также руководит проектом CLAVEL, изучающим взаимодействие облаков с пустынной пылью и морскими аэрозолями в разных регионах (Испания, Португалия, Азорские острова, Реюньон). «Наши земные результаты экстраполируемы на другие планеты, например, на Марс, где также изучается пыль и ледяные облака», — добавляет она.
Облака, дроны и град
Хосе Луис Санчес, исследователь физики атмосферы из Университета Леона, с 1997 года участвовал в полетах сквозь грозы и проанализировал более 180 000 градин. Он заинтересовался облаками еще в детстве. Сейчас Санчес ожидает финансирования проекта с INTA по испытанию системы антиобледенения для дронов. «В облаках есть переохлажденные капли воды, которые мгновенно замерзают при контакте с самолетом или дроном, создавая огромную ледяную нагрузку. Это очень опасно», — объясняет он. Эти капли появляются в небольших и быстро исчезающих «карманах». Системы обогрева есть на коммерческих самолетах, но для дронов они слишком энергозатратны.
Также ведется работа над проектом по спутниковому обнаружению зон образования града. «Град очень изменчив», — говорит Санчес. Анализ данных за 25 лет показал, что при глобальном потеплении энергии для формирования более сильных гроз становится больше, но это не всегда означает больше града. «Из-за потепления нулевая изотерма поднимается выше. Это делает грозы мощнее, но дает граду больше времени растаять на пути к земле». В горах, где таять некогда, количество града растет. В низинах дней с градом становится меньше, но чаще выпадает крупный град (1,5-2 см и более), который раньше был редкостью. Команда Санчеса находила градины диаметром до 10 см.
