Обратная связь по облаку

Обратная связь по облаку - это связь между облачностью и температурой приземного воздуха где изменение температуры приземного воздуха приводит к изменению облачности, которое затем может усилить или уменьшить начальное температурное возмущение. Обратные связи облаков могут влиять на величину внутренней изменчивости климата или на величину изменения климата в результате внешних радиационных воздействий.

Ожидается, что глобальное потепление изменит распределение и тип облаков. Если смотреть снизу, облака испускают инфракрасное излучение обратно на поверхность, оказывая таким образом согревающий эффект; Если смотреть сверху, облака отражают солнечный свет и испускают инфракрасное излучение в космос, оказывая охлаждающий эффект. Представления облаков различаются между глобальными климатическими моделями, и небольшие изменения облачного покрова имеют большое влияние на климат. Различия в схемах моделирования пограничного слоя планеты облаков могут привести к большим различиям в производных значениях чувствительности климата. Модель, которая уменьшает количество облаков пограничного слоя в ответ на глобальное потепление, имеет чувствительность климата в два раза больше, чем модель, которая не включает эту обратную связь. Однако спутниковые данные показывают, что облако оптическая толщина фактически увеличивается с повышением температуры. Будет ли чистый эффект потеплением или похолоданием, зависит от таких деталей, как тип и высота облака; детали, которые сложно представить в климатических моделях.

Помимо того, как сами облака будут реагировать на повышение температуры, другие обратные связи влияют на свойства и формирование облаков. Количество и вертикальное распределение водяного пара тесно связано с образованием облаков. Было показано, что кристаллы льда в значительной степени влияют на количество водяного пара. Водяной пар в субтропической верхней тропосфере связан с конвекцией водяного пара и льда. Изменения субтропической влажности могут вызвать отрицательную обратную связь, которая уменьшает количество водяного пара, который, в свою очередь, будет действовать, чтобы опосредовать глобальные изменения климата.

Изменения облачного покрова тесно связаны с другими обратными связями, включая воду обратная связь паров и обратная связь лед-альбедо. Изменение климата, как ожидается, изменит соотношение между облачным льдом и переохлажденной облачной водой, что, в свою очередь, повлияет на микрофизику облака, что приведет к изменению радиационных свойств облака.. Климатические модели предполагают, что потепление усилит частичную облачность. Альбедо повышенной облачности охлаждает климат, что приводит к отрицательной обратной связи; в то время как отражение инфракрасного излучения облаками согревает климат, что приводит к положительной обратной связи. Ожидается, что повышение температуры в полярных регионах приведет к увеличению количества облаков нижнего уровня, стратификация которых предотвращает конвекцию влаги на верхние уровни. Эта обратная связь частично нейтрализует повышенное нагревание поверхности из-за облачности. Эта отрицательная обратная связь имеет меньший эффект, чем положительная. Верхние слои атмосферы более чем нейтрализуют отрицательную обратную связь, вызывающую охлаждение, и, следовательно, увеличение CO 2 фактически усугубляет положительную обратную связь, поскольку в систему поступает больше CO 2.

Моделирование 2019 года предсказывает, что если парниковые газы в три раза превысят текущий уровень углекислого газа в атмосфере, слоисто-кучевые облака могут резко рассеяться, что приведет к дополнительному глобальному потеплению.

Отчеты об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) содержат краткую информацию о текущем состоянии знаний о влиянии обратной связи облаков на модели климата. В Четвертом оценочном отчете МГЭИК (2007) говорится:

Путем отражения солнечного излучения обратно в космос (эффект альбедо облаков) и улавливания инфракрасного излучения, испускаемого поверхностью и нижней тропосферой (парниковый эффект облаков) облака оказывают два конкурирующих эффекта на радиационный баланс Земли. Эти два эффекта обычно называют SW (коротковолновый) и LW (длинноволновый) компонентами радиационного воздействия облаков (CRF). Баланс между этими двумя компонентами зависит от многих факторов, включая макрофизические и микрофизические свойства облака. В текущем климате облака оказывают охлаждающее воздействие на климат (глобальное среднее значение CRF отрицательно). В ответ на глобальное потепление охлаждающее воздействие облаков на климат может быть усилено или ослаблено, что приведет к радиационной обратной связи с потеплением климата (Randall et al., 2006; NRC, 2003; Zhang, 2004; Stephens, 2005; Bony et al.., 2006).

В самом последнем, Пятом оценочном отчете МГЭИК (2013), эффекты обратной связи с облаками обсуждаются в отчете Рабочей группы 1, в главе 7 «Облака и аэрозоли», с дополнительным обсуждением неопределенностей в Главе 9 «Оценка климатических моделей». В отчете говорится: «Исследования обратной связи облаков указывают на пять аспектов реакции облаков на изменение климата, которые здесь выделяются: изменения высоты облаков на высоком уровне, влияние гидрологического цикла и изменения траектории штормов, изменения количества облаков на низком уровне, микрофизические вызванные изменения непрозрачности (оптической глубины) и изменения в облаках в высоких широтах ». Чистая радиационная обратная связь - это сумма обратной связи по нагреванию и охлаждению; в исполнительном резюме говорится: «Знак чистой радиационной обратной связи, обусловленной всеми типами облаков, менее определен, но, вероятно, положителен. Неопределенность в знаке и величине обратной связи с облаками обусловлена ​​прежде всего сохраняющейся неопределенностью в отношении воздействия потепления на низкие облака». По их оценкам обратная связь облаков от всех типов облаков составляет +0,6 Вт / м ° C (с диапазоном неопределенности от -0,2 до +2,0), и продолжают: «Все глобальные модели продолжают давать положительную чистую величину от близкой к нулю до умеренно сильной. обратная связь с облаками ».

Тесно связанная эффективная чувствительность климата существенно возросла в последнем поколении глобальных климатических моделей. Различия в физическом представлении облаков в моделях определяют эту повышенную чувствительность по сравнению с моделями предыдущего поколения.