Chmury mogą wzmacniać lub spowalniać ocieplanie klimatu – zależnie od tego, na jakich wysokościach powstają. Do niedawna badania na temat tego, jak zmieniają się i będą zmieniać piętra występowania chmur polegały przede wszystkim na modelowaniu numerycznym. Symulacje zachowania chmur na skalę globalną są bardzo trudne, bo poszczególne chmury są za małe, by być dobrze reprezentowane w modelach systemu klimatycznego Ziemi (czytaj więcej o modelowaniu w tekście Wirtualny klimat). Praca opublikowana w jednym z ostatnich numerów Nature (Norris i in., 2016) pokazuje jednak, że mimo tych trudności, wnioski z symulacji okazały się trafne - potwierdzono je bowiem z użyciem danych satelitarnych.

Rysunek 1. Kompozycja zdjęć z amerykańskich (GOES) i europejskich (METEOSAT) satelitów geostacjonarnych (źródło). Copyright: EUMETSAT 2016.

Satelitarne obserwacje ziemskiej pogody zaczęły się już w latach 60., od programów TIROS i NIMBUS. Dane satelitarne analizowane są na bieżąco, wydawałoby się więc, że nie powinno być problemów z zaobserwowaniem przewidywanych przez naukowców trendów. W rzeczywistości jednak nie jest to takie proste. Przyrządy satelitarne są bardzo złożone i ich wskazania zależą od konstrukcji, rodzaju i stanu użytych materiałów, orbity, pola widzenia i wielu innych czynników. Co kilka lat wymieniane są na nowe, często doskonalsze ale przede wszystkim – inne. Żeby rzetelnie porównać dane zebrane przez kolejne satelity (a nawet jednego satelitę na początku i na końcu jego kariery), trzeba wszystkie te czynniki uwzględnić i naliczyć odpowiednie poprawki.

Joel R. Norris z kolegami przeanalizowali kilka zestawów danych pomiarowych z lat 1983-2009. Wynika z nich, że zmiany zachmurzenia przebiegały tak, jak można się tego było spodziewać, biorąc pod uwagę złożenie ocieplenia powodowanego wzrostem koncentracji gazów cieplarnianych oraz krótkotrwałych ochłodzeń po silnych erupcjach wulkanicznych (El Chichón w roku 1982 i Mt. Pinatubo w 1991). O wpływie wulkanów na klimat przeczytasz więcej w tekście Wulkany odpowiedzialne za... wyjątkowo chłodne lata. Tak jak się spodziewano, obserwacje potwierdziły, że niże atmosferyczne (obszary dużego zachmurzenia i burz) wędrują coraz bliżej biegunów, podzwrotnikowe strefy susz poszerzają się, a wierzchołki chmur sięgają coraz wyżej.

Bardziej szczegółowy obraz zmian przedstawia poniższa mapka. Jak widać, na obu półkulach ubyło chmur nad oceanami w szerokościach umiarkowanych (zwłaszcza nad północnym Atlantykiem) oraz nad południowo-wschodnią częścią Oceanu Indyjskiego. Przybyło za to chmur w wielu rejonach międzyzwrotnikowych (w szczególności nad północno-zachodnim Oceanem Spokojnym) oraz w wysokich szerokościach geograficznych. O ile nie wystąpi żadne nagłe zdarzenie, w rodzaju kolejnej wielkiej erupcji wulkanicznej, naukowcy oczekują utrzymania się tych trendów. Oczywiście nie oznacza to, że chmury zupełnie znikną w niektórych rejonach świata – po prostu będzie ich mniej.

Rysunek 2. Rejony, w których zaobserwowano zwiększanie się (kolor niebieski) i zmniejszanie (kolor brązowy) pokrywy chmurowej pomiędzy latami osiemdziesiątymi a pierwszą dekadą XXI wieku. Na górnym panelu wyniki pomiarów satelitarnych a na dolnym - modelowania klimatu. (Norris i in., 2016)

Jak zaobserwowane przez naukowców zmiany zachmurzenia wpływają na klimat? Z perspektywy wpływu na zmianę klimatu – niekorzystnie. Sprzyjają bowiem nasilaniu się globalnego ocieplenia i to na dwa sposoby.

Po pierwsze, przesuwanie się szlaków niżowych ku biegunom oznacza, że chmury występują tam, gdzie ze względu na ustawienie Ziemi względem Słońca i tak dociera mniej promieniowania słonecznego. Te same chmury "pozostawione" w niższych szerokościach geograficznych w większym stopniu ograniczałyby dopływ energii do powierzchni planety. Co więcej, transportowana w okolice okołobiegunowe wilgoć (para wodna), kondensując się przekazuje lodowi swoją energię utajoną, przyczyniając się do topnienia czap lodowych.

Po drugie to, że wierzchołki chmur sięgają wyżej, oznacza jednocześnie, że same chmury są grubsze. Oznacza to, że pochłaniają więcej promieniowania ziemskiego i zapobiegają jego ucieczce w kosmos. Jak to określił Joel Norris "mamy przez to grubszą kołdrę i silniejsze ocieplanie". O tym, jak chmury różnych pięter wpływają na klimat przeczytasz więcej w tekście Chmury, klimat i przyśpieszony wzrost temperatur.

Dobra wiadomość jest taka, że nie są to nowo odkryte efekty. Są przewidywane przez modele klimatu, a więc i uwzględniane w obliczeniach tak zwanej czułości klimatu – wielkości mówiącej o spodziewanej zmianie średniej temperatury w odpowiedzi na podwojenie koncentracji dwutlenku węgla w atmosferze, a która według V raportu podsumowującego badania klimatu przygotowanego przez IPCC wynosi najprawdopodobniej ok. 3°C [1,5-4,5]. Możliwe jednak, że czekają nas jeszcze inne efekty, które mogą dalej pogorszyć sytuację.

Oprócz ogólnego wpływu na klimat, zmiany zaobserwowane przez zespół Norrisa mają też konkretne znaczenie dla lokalnych społeczności – poszerzające się rejony susz oznaczają, że rośnie liczba mieszkańców Bliskiego Wschodu, Afryki Północnej i Afryki Południowej czy Kalifornii dotkniętych niedoborami wody i degradacją terenów uprawnych.

Rysunek 3. Susza w Kalifornii. Wizualizacja danych satelitarnych na temat stanu roślinności. Kolory zielone oznaczają bujną roślinność w dobrym stanie, brązowe - roślinność rzadką, wymierającą. Dane z 17.01-1.02.2014. Ilustrację zamieszczamy dzięki uprzejmości NASA‘s Earth Observatory.

Oczywiście najnowsza praca nie rozstrzyga wszystkich kwestii związanych z chmurami w zmieniającym się klimacie. Do zbadania pozostają na przykład niezwykle istotne z punktu widzenia bilansu energetycznego Ziemi zmiany w pokrywie chmur niskich, które zasnuwają duże obszary nad oceanami szerokości podzwrotnikowych. Jak jednak mówi autor:

Nasza praca jako pierwsza wiarygodnie dowodzi tego, że zmiany w zachmurzeniu, jakich spodziewaliśmy się na postawie teorii i modelowania rzeczywiście zachodzą.

Aleksandra Kardaś na podstawie Climate Central i Scripps Institution of Oceanography, konstultacja merytoryczna: prof. Szymon Malinowski

Źródło: naukaoklimacie.pl