Η υπερθέρμανση του πλανήτη μεταβάλει τα χαρακτηριστικά των καταιγίδων στους τροπικούς

Σύνταξη άρθρου: Σ. Ντάφης

ΕΑΑ – Πεντέλη, Παρασκευή 26 Απριλίου 2024, 19:00

Σημαντικές αλλαγές στη δραστηριότητα των καταιγίδων στις τροπικές περιοχές παρατήρησαν ερευνητές που μελετούν το κλίμα στους τροπικούς του πλανήτη μας. Οι τροπικές περιοχές χαρακτηρίζονται από τη συχνή παρουσία νεφών κατακόρυφης ανάπτυξης με παραγωγή μεγάλης ποσότητας πάγου στην τροπόσφαιρα. Ο κύριος όγκος αυτών των νεφών είναι τα λεγόμενα καταιγιδοφόρα νέφη που μπορούν να δημιουργήσουν συμπλέγματα μεγάλων καταιγίδων. Τα νέφη πάγου που σχηματίζουν στην ανώτερη τροπόσφαιρα μπορούν να παραμείνουν σε αυτά τα ύψη για αρκετές ώρες μετά την αποσύνθεση μιας καταιγίδας.

Αντίθετα, η "καρδιά" των καταιγίδων έχει πολύ πιο σύντομη διάρκεια και συγκριτικά, πολύ μικρότερη έκταση. Η παραγωγή πάγου στο κέντρο μιας καταιγίδας στους τροπικούς είναι πολύ μεγάλη, φτάνοντας τα δεκάδες κιλά πάγου ανά τετραγωνικό μέτρο, τα οποία μπορούν να διατηρηθούν σε μεγάλα ύψη στην τροπόσφαιρα μόνο υπό τις ισχυρές κατακόρυφες ταχύτητες που δημιουργούνται. Οι αλλαγές στην ποσότητα πάγου στο κέντρο των καταιγίδων έχουν επομένως τη δυνατότητα να ρίξουν φως στις αλλαγές των κατακόρυφων ταχυτήτων υπό την επίδραση της υπερθέρμανσης του πλανήτη.

Η δραστηριότητα των καταιγίδων στους τροπικούς είναι μια από τις κύριες πηγές αβεβαιότητας στις μελλοντικές προβλέψεις της θερμοκρασίας της Γης. Ειδικότερα, εξακολουθούν να υπάρχουν σημαντικές αβεβαιότητες στην ακτινοβολία που δέχονται και εκπέμπουν τα καταιγιδοφόρα νέφη, τα οποία μπορεί να έχουν αρνητικά ή θετικά ισοζύγια ακτινοβολίων, ανάλογα με το οπτικό τους πάχος και τις κατακόρυφες ταχύτητες των αερίων μαζών που τις δημιουργούν.

Μια νέα μελέτη χρησιμοποίησε το πειραματικό μοντέλο παγκόσμιας επίλυσης καταιγίδων X-SHiELD της GFDL. Οι ερευνητές μελέτησαν την απόκριση του πάγου στα νέφη σε προσομοιώσεις της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Αυτό το μοντέλο χιλιομετρικής κλίμακας μπορεί να επιλύσει την κατακόρυφη κίνηση των αερίων μαζών στις καταιγίδες σε όλο τον κόσμο αντί να βασίζεται σε παραμετροποίησεις.

Συγκρίνοντας τις προσομοιώσεις με δορυφορικές μετρήσεις ραντάρ βρήκαν σημαντικές διαχρονικές αλλαγές στην παραγωγή νεφών πάγου. Οι αλλαγές αποκαλύπτουν ότι η παραγωγή πάγου μειώνεται μακριά από το κέντρο των καταιγίδων (κυρίως ψηλά στην τροπόσφαιρα, π.χ. νέφη cirrus) αλλά αυξάνεται με μεγάλο ρυθμό στο κέντρο των καταιγίδων ανά βαθμό Kelvin θέρμανσης της επιφάνειας του εδάφους.

Διεξάγοντας μια πρόσθετη προσομοίωση οι ερευνητές κατάφεραν να δείξουν ότι αυτές οι αλλαγές στην κατανομή πάγου στην ατμόσφαιρα οφείλονται και σε αλλαγές των χαρακτηριστικών των ανέμων σε διάφορα ύψη και όχι μόνο στην αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα κοντά στο έδαφος.

Αυτή η μελέτη δείχνει τη δυνατότητα των κλιματικών μοντέλων χιλιομετρικής κλίμακας να ερμηνεύουν παρατηρήσεις υψηλής ανάλυσης, όπως αυτές που παρέχονται από τις μετρήσεις ραντάρ CloudSat. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι τα νέφη πάγου που παράγονται από καταιγίδες θα παρουσιάσουν αλλαγές σε μικρή και μεγάλη κλίμακα, και ότι αυτές οι αλλαγές είναι ήδη εμφανείς σε διαθέσιμες μετρήσεις ραντάρ υψηλής ανάλυσης. 

Αλλαγή στις συχνότητες της κατανομής του πάγου και νερού (IWP, η κατακόρυφη ολοκλήρωση μάζας πάγου ανά μονάδα επιφάνειας) στο πείραμα GSRM για την υπερθέρμανση του πλανήτη και με διαχρονικές διακυμάνσεις θερμοκρασίας στις παρατηρήσεις του CloudSat. (α) Προσομοιώσεις στο σημερινό κλίμα και στο θερμότερο μελλοντικό κλίμα. (β) Διαχρονικές ανωμαλίες της τροπικής μέσης επιφανειακής θερμοκρασίας TS στην επαναανάλυση ERA5. (γ) Διαχρονικές ανωμαλίες της συχνότητας IWP από τον Ιούλιο του 2006 έως τον Δεκέμβριο του 2010 σε παρατηρήσεις CloudSat (2B-CWC-RO). (δ) Κλασματική αλλαγή της συχνότητας IWP με TS στην προσομοίωση και με διαχρονικές διακυμάνσεις θερμοκρασίας στις παρατηρήσεις CloudSat. Η κόκκινη γραμμή είναι για παρατηρήσεις από το 2006 έως το 2010 (2B-CWC-RO) και η κίτρινη γραμμή είναι για τις παρατηρήσεις από το 2006 έως το 2017 (DARDAR). Οι ράβδοι σφαλμάτων υποδεικνύουν τα τυπικά σφάλματα παλινδρόμησης των ανωμαλιών διαετήσιων συχνοτήτων IWP στις διαχρονικές ανωμαλίες TS.

Πηγή: Maximilien Bolot, Lucas M. Harris, Kai-Yuan Cheng, Timothy M. Merlis, Peter N. Blossey, Christopher S. Bretherton, Spencer K. Clark, Alex Kaltenbaugh, Linjiong Zhou and Stephan Fueglistaler. npj Climate and Atmospheric Science. DOI: 10.1038/s41612-023-00525-w