Νέα έρευνα στον Νότιο Ωκεανό αποκαλύπτει γιατί τα μοντέλα μπορεί να «βλέπουν» περισσότερα σύννεφα, αλλά να υπολογίζουν λιγότερη θερμότητα στην επιφάνεια
Η Ανταρκτική παραμένει μία από τις πιο δύσκολες περιοχές του πλανήτη για την παρατήρηση και μελέτη της ατμόσφαιρας. Οι ακραίες καιρικές συνθήκες, η απομόνωση της περιοχής και η έλλειψη συστηματικών μετρήσεων αφήνουν σημαντικά κενά στην κατανόηση του κλίματός της.
Ανάμεσα στα μεγαλύτερα επιστημονικά ερωτήματα βρίσκονται τα σύννεφα. Μπορεί να μοιάζουν εφήμερα και ασήμαντα, όμως διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στο ενεργειακό ισοζύγιο της Γης, καθώς επηρεάζουν τόσο το ηλιακό φως που φτάνει στην επιφάνεια όσο και τη θερμότητα που επιστρέφει προς αυτήν από την ατμόσφαιρα.
Μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Geophysical Research Letters φέρνει στο φως ένα ενδιαφέρον παράδοξο: ορισμένα από τα κλιματικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται για την περιοχή εμφανίζουν περισσότερα χαμηλά σύννεφα πάνω από τον Νότιο Ωκεανό σε σχέση με όσα καταγράφονται στην πραγματικότητα, αλλά ταυτόχρονα υπολογίζουν μικρότερη ποσότητα θερμότητας που φτάνει στην επιφάνεια.
Το εύρημα δείχνει ότι το πρόβλημα δεν βρίσκεται απλώς στον αριθμό των νεφών. Η σύσταση και η θερμοκρασία τους, η αναλογία νερού και πάγου, αλλά και η αλληλεπίδρασή τους με την ακτινοβολία και τα αερολύματα φαίνεται να παίζουν εξίσου σημαντικό ρόλο.
Τι συμβαίνει πάνω από τον Νότιο Ωκεανό
Ο Νότιος Ωκεανός αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους ρυθμιστές του παγκόσμιου κλίματος. Τα σύννεφα που σχηματίζονται πάνω από την περιοχή λειτουργούν ουσιαστικά σαν ένα σύνθετο φίλτρο: αντανακλούν μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας, αλλά παράλληλα απορροφούν και εκπέμπουν θερμότητα προς την επιφάνεια.
Ακόμη και μικρές αποκλίσεις στον τρόπο με τον οποίο τα κλιματικά μοντέλα αναπαριστούν αυτές τις διαδικασίες μπορούν, επομένως, να επηρεάσουν τους υπολογισμούς για τον ενεργειακό ισολογισμό της Γης και, κατ’ επέκταση, τις προβλέψεις για τη μελλοντική κλιματική αλλαγή.
Για να κατανοήσουν καλύτερα την αναντιστοιχία, ερευνητές από το Εθνικό Ινστιτούτο Πολικής Έρευνας της Ιαπωνίας και το Πανεπιστήμιο της Ναγκόγια αξιοποίησαν πραγματικές μετρήσεις από το ερευνητικό παγοθραυστικό R/V Shirase, στο πλαίσιο της 64ης Ιαπωνικής Αποστολής Ανταρκτικής Έρευνας (JARE64).
Οι μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν από τον Δεκέμβριο του 2022 έως τον Μάρτιο του 2023 και περιλάμβαναν στοιχεία για τις ιδιότητες των νεφών, τη θερμοκρασία και την υγρασία της ατμόσφαιρας, την ακτινοβολία στην επιφάνεια, αλλά και τις συγκεντρώσεις αερολυμάτων — μικροσκοπικών σωματιδίων που μπορούν να επηρεάσουν τον σχηματισμό και τη συμπεριφορά των νεφών.
Οι ερευνητές συνέκριναν στη συνέχεια τις παρατηρήσεις με δύο μεγάλα συστήματα ατμοσφαιρικής επανάλυσης, τα ERA5 και MERRA-2, καθώς και με το κλιματικό μοντέλο CAM-ATRAS.
Περισσότερα σύννεφα, λιγότερη θερμότητα
Τα τρία μοντέλα κατάφεραν να αναπαραστήσουν σε γενικές γραμμές τα βασικά μοτίβα της νέφωσης πάνω από τον Νότιο Ωκεανό. Ωστόσο, τα ERA5 και MERRA-2 παρουσίαζαν συστηματικά περισσότερα χαμηλά σύννεφα σε σχέση με αυτά που κατέγραψαν οι πραγματικές παρατηρήσεις.
Το CAM-ATRAS πλησίασε περισσότερο τις μετρήσεις, τόσο ως προς την παρουσία των νεφών όσο και ως προς τη λεγόμενη «φάση» τους — δηλαδή αν αποτελούνται κυρίως από υγρά σταγονίδια ή από παγοκρυστάλλους.
Κι όμως, υπήρχε ένα κοινό πρόβλημα και στα τρία μοντέλα.
Όλα υποτιμούσαν την καθοδική ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος, δηλαδή τη θερμότητα που εκπέμπεται από την ατμόσφαιρα και τα σύννεφα προς την επιφάνεια.
Ένας από τους λόγους φαίνεται να είναι η υπερβολική ποσότητα πάγου που περιείχαν τα σύννεφα στις προσομοιώσεις. Περισσότερος πάγος σημαίνει διαφορετική συμπεριφορά της ακτινοβολίας και, τελικά, μικρότερη ποσότητα θερμότητας που φτάνει στο έδαφος.
Παράλληλα, τα μοντέλα εμφάνιζαν και μια «ψυχρή απόκλιση» (cold bias), δηλαδή υπολόγιζαν χαμηλότερες θερμοκρασίες από εκείνες που καταγράφηκαν πραγματικά. Η διαφορά αυτή συνέβαλε επίσης στην υποεκτίμηση της θερμότητας στην επιφάνεια.
Έτσι, το παράδοξο γίνεται πιο κατανοητό: ένα μοντέλο μπορεί να εμφανίζει περισσότερα σύννεφα, αλλά αυτό δεν σημαίνει απαραίτητα ότι υπολογίζει και περισσότερη θερμότητα στην επιφάνεια. Η σύσταση των νεφών και οι ατμοσφαιρικές συνθήκες έχουν εξίσου καθοριστική σημασία.
Ο ρόλος των αερολυμάτων
Οι επιστήμονες εξέτασαν και έναν ακόμη παράγοντα: τα αερολύματα.
Τα ERA5 και MERRA-2 εμφάνιζαν υψηλότερες συγκεντρώσεις αερολυμάτων από εκείνες που καταγράφηκαν από το ερευνητικό πλοίο. Οι ερευνητές δοκίμασαν έτσι να αυξήσουν τις εκπομπές αερολυμάτων του Νοτίου Ημισφαιρίου στο CAM-ATRAS.
Η αύξηση των αερολυμάτων οδήγησε πράγματι στον σχηματισμό περισσότερων χαμηλών νεφών. Ωστόσο, η επίδρασή τους στην ακτινοβολία που έφτανε στην επιφάνεια ήταν περιορισμένη.
Το εύρημα ενισχύει την εικόνα ενός ιδιαίτερα σύνθετου συστήματος, όπου ο αριθμός των νεφών από μόνος του δεν αρκεί για να εξηγήσει τον τρόπο με τον οποίο μεταφέρεται η θερμότητα στην επιφάνεια της Ανταρκτικής.
Γιατί έχει σημασία
Η καλύτερη αναπαράσταση των νεφών στην Ανταρκτική δεν αφορά μόνο την ακρίβεια μιας τοπικής πρόγνωσης. Τα σύννεφα και ο Νότιος Ωκεανός επηρεάζουν τον παγκόσμιο ενεργειακό ισολογισμό και, επομένως, τον τρόπο με τον οποίο τα κλιματικά μοντέλα υπολογίζουν τη μελλοντική εξέλιξη του κλίματος.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η βελτίωση της αναπαράστασης των σταγονιδίων νερού και του πάγου στα σύννεφα, των αλληλεπιδράσεων μεταξύ αερολυμάτων και νεφών, αλλά και των ατμοσφαιρικών συνθηκών μπορεί να περιορίσει τις αβεβαιότητες στις μελλοντικές προβλέψεις.
Ταυτόχρονα, ζητούν περισσότερες πραγματικές μετρήσεις από τον Νότιο Ωκεανό και την Ανταρκτική. Η περιοχή παραμένει μία από τις μεγαλύτερες «λευκές κηλίδες» των κλιματικών παρατηρήσεων, γεγονός που αναγκάζει τα μοντέλα να βασίζονται σε περιορισμένα δεδομένα.
Ο επίκουρος καθηγητής Καζουτόσι Σάτο, από το Εθνικό Ινστιτούτο Πολικής Έρευνας της Ιαπωνίας, υπογραμμίζει ότι η αξιοποίηση ήδη διαθέσιμων αλλά μέχρι σήμερα ανεπαρκώς ενσωματωμένων παρατηρήσεων θα μπορούσε να βοηθήσει σημαντικά.
Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί το ραντάρ PANSY στον ιαπωνικό σταθμό Syowa. Η συστηματικότερη ενσωμάτωση των δεδομένων του στα συστήματα αριθμητικής πρόγνωσης θα μπορούσε να συμβάλει στη μείωση των αποκλίσεων των μοντέλων και στη βελτίωση των προγνώσεων.
Η νέα έρευνα δεν λύνει το κλιματικό «μυστήριο» της Ανταρκτικής. Δείχνει όμως κάτι εξίσου σημαντικό: για να καταλάβουμε πόση θερμότητα κρατά η Γη, δεν αρκεί να μετράμε πόσα σύννεφα υπάρχουν. Πρέπει να καταλάβουμε τι ακριβώς κρύβεται μέσα σε αυτά.
