Исследователи сообщают в журнале Nature Communications 22 декабря, что модели, как правило, слишком много учитывают дневное тепло солнца, что приводит к более теплым и сухим условиям, чем могло бы произойти на самом деле. Исследователи обнаружили, что неточности в учете суточного или суточного облачного цикла, похоже, не делают недействительными климатические прогнозы, но они увеличивают погрешность для важного инструмента, который ученые используют, чтобы понять, как изменение климата повлияет на нас.
«Важно получить правильный результат по правильной причине», — сказал автор-корреспондент Амилкаре Порпорато, профессор гражданской и экологической инженерии и Принстонского института окружающей среды. «Эти ошибки могут влиять на другие изменения, такие как прогнозирование меньшего количества и более слабых штормов. Мы надеемся, что наши результаты будут полезны для улучшения моделирования облаков, что улучшит калибровку климатических моделей и сделает результаты намного более надежными».
Порпорато и первый автор Цзюнь Инь, научный сотрудник в области гражданской и экологической инженерии, обнаружили, что неточная фиксация суточного облачного цикла приводит к тому, что Солнце бомбардирует Землю дополнительными 1-2 ваттами энергии на квадратный метр. Увеличение содержания углекислого газа в атмосфере с начала индустриальной эпохи, по оценкам, дает дополнительные 3,7 Вт энергии на квадратный метр. «Ошибка здесь составляет половину от этого, поэтому в этом смысле она становится существенной», — сказал Порпорато.
Инь и Порпорато приступили к изучению после посещения семинара по облачности и чувствительности климата. «Спикер много говорил о том, где находятся облака, но не о том, когда», — сказал Инь. «Мы думали, что время было так же важно, и мы были удивлены, обнаружив, что исследований по этому поводу было меньше».Облака меняются днем ??и изо дня в день. По словам Инь, климатические модели хорошо справляются с получением среднего покрытия облаками, но они упускают важные пики в фактическом покрытии облаков. Эти пики могут сильно повлиять на повседневные условия, например, в начале полудня в самое жаркое время дня.
«У климатологов есть облака, но они упускают момент», — сказал Порпорато. «Существует сильная чувствительность между дневным циклом облачности и температурой. Это похоже на человека, надевающего одеяло ночью или использующего зонтик днем.
Если вы пропустите это, это имеет огромное значение».Исследователи использовали спутниковые снимки 1986-2005 годов, чтобы вычислить средние суточные циклы облаков в каждый сезон по всему миру. Инь анализировал облачность с трехчасовыми интервалами, глядя на более чем 6000 точек на земном шаре размером 175 на 175 миль каждая.Инь и Порпорато сравнили полученные ими средние значения со средними по девяти климатическим моделям, используемым климатологами.
Большинство моделей имеют самое толстое покрытие, которое происходит над землей утром, а не ранним днем, когда облака защищают Землю от сильнейшего солнечного тепла. «Небольшая разница во времени может иметь большое радиационное воздействие», — сказал Инь.Исследователи планируют изучить влияние различных типов облаков на прогнозы климатических моделей, а также то, как облачные циклы влияют на годовые колебания температуры Земли, особенно в связи с экстремальными осадками.Габриэль Катул, профессор гидрологии и микрометеорологии в Университете Дьюка, сказал, что «важность довольно высока» в точном моделировании суточного цикла облачности.
Катуль не принимал участия в исследовании, но знаком с ним.«Облачный цикл может указывать на недостатки в характеристике нагрева поверхности и водяного пара в атмосфере, которые необходимы для образования облаков», — сказал он. Оба фактора также определяют, как самая нижняя часть атмосферы Земли, известная как атмосферный пограничный слой, взаимодействует с поверхностью планеты.«Моделирование роста и разрушения пограничного слоя сопряжено с трудностями, поскольку оно включает сложные процессы, которые необходимо чрезмерно упрощать в климатических моделях», — сказал Катул. «Таким образом, изучение времени образования облаков и толщины облаков важно в суточном масштабе именно потому, что эти временные рамки наиболее важны для динамики пограничного слоя и теплообмена между поверхностью и атмосферой, а также обменом водяным паром».
Когда дело доходит до облаков, климатические модели обычно фокусируются на механизмах, пространственных областях и временных масштабах, таких как загрязнение воздуха и микрофизика, сотни квадратных километров и сезоны, соответственно, которые являются более крупными и более обобщенными, сказал Катул. «Существуют практические причины, по которым сравнения данных и моделей проводились таким образом, чтобы скрыть суточные колебания облаков», — сказал он. «Суточные колебания были несколько замаскированы тем фактом, что большая часть характеристик климатических моделей была представлена ??в виде долгосрочных и крупномасштабных средних значений».Однако, зафиксировав время и толщину суточного цикла облаков в глобальном масштабе, Инь и Порпорато предоставили ученым инструмент для подтверждения того, правильно ли модели климата отражают формирование облаков и взаимодействие между облаками и атмосферой.
«Примечательны глобальный охват и акцент как на« времени », так и на« сумме ». Насколько мне известно, это первое исследование, в котором столь согласованно исследуется это множество моделей», — сказал Катул. «Я уверен, что такая работа откроет новые перспективы для улучшения представления облаков. Я не удивлюсь, если этот документ будет часто цитироваться в будущих отчетах МГЭИК [Межправительственной группы экспертов ООН по изменению климата]».