Для образования облаков нужны крошечные частицы, называемые аэрозолями, которые поднимаются в атмосфере. Эти аэрозоли — природные, такие как морская соль или пыль, или такие, созданные человеком, как сажа, — образуют ядра, вокруг которых конденсируются капли облака.
В относительно чистой окружающей среде облака могут расти ровно настолько, насколько позволяет количество аэрозолей в атмосфере: они будут ограничивающим фактором в образовании облаков.Возникает вопрос: превышает ли текущая концентрация аэрозолей в атмосфере этот предел, и в этом случае добавление дополнительных частиц не должно сильно влиять на образование облаков; или они продолжают оставаться ограничивающим фактором по мере роста загрязнения, так что добавленные аэрозоли будут продолжать влиять на облака? Модель, разработанная Кореном и его командой, показала, что увеличение количества аэрозолей даже в относительно загрязненных условиях должно приводить к появлению более высоких и больших облаков, которые дожди более агрессивны. Но доказать эту модель — совсем другое дело: экспериментировать с облаками или даже найти способы изолировать различные факторы, влияющие на их формирование в реальном времени, — очень сложная задача.
Корен, студент-исследователь Гай Даган и доктор Орит Алтарац из Департамента наук о Земле и планетах искали маловероятное место для проверки своей модели: близость к лошадиным широтам. Это субтропические районы, расположенные далеко в океанах, которые в прошлом осуждались моряками, потому что ветры, несущие их паруса, умирали там неделями подряд.
Здесь была лаборатория, в которой они могли проверить основную физику своей модели: область атмосферы, контролируемая четко определенными метеорологическими условиями, которая иногда была нетронутой, а иногда содержала низкие уровни аэрозолей. Если модель верна, переходы от одной к другой должны быть драматичными.
И они хотели проверить свою теорию на облаках, которые действительно образуются в этой области, — теплых конвективных облаках, подпитываемых влагой океана.Убрав другие потенциальные факторы — ветер, большие колебания температуры или образования на суше — команда могла бы сосредоточиться на аэрозолях, сравнивая ежедневные спутниковые изображения облачного покрова и измерения аэрозольной нагрузки с прогнозами модели. Используя множество различных типов анализа, они обнаружили, что их модель близко соответствует спутниковым наблюдениям.Затем они рассмотрели другой источник данных: спутниковые приборы Системы радиантной энергии облаков и Земли (CERES), которые измеряют потоки отраженной и испускаемой радиации от Земли в космос, чтобы помочь ученым понять, как климат меняется с течением времени.
При анализе вместе с аэрозольной нагрузкой на одну и ту же площадь в одно и то же время, результат, по словам Корена, был «учебной демонстрацией оздоровительного эффекта» добавленных аэрозолей на облака. Другими словами, данные о радиации соответствуют уникальной сигнатуре облаков, которые росли все выше и больше. В таких облаках наблюдается сильное охлаждение из-за отраженных коротких волн, но этот эффект частично нейтрализуется усиленным, захваченным, длинноволновым излучением, исходящим снизу.
По крайней мере, над океанами доиндустриальные облачные условия значительно отличались бы от сегодняшних; это означает, что аэрозоли, которые мы добавляем в атмосферу, могли оказать значительное влияние на глобальные закономерности образования облаков и дождя.Корен: «Мы показали, что конвективные облака не обязательно перестают ограничиваться аэрозолем; в относительно загрязненных условиях увеличение аэрозольной нагрузки сделает облака более высокими, крупными и интенсивностью дождя. По мере увеличения площади этого облачного покрова это отражает больше коротковолнового излучения, но по мере того, как облака становятся выше, их парниковый эффект становится более значительным, нейтрализуя примерно половину их общего охлаждающего эффекта ».