Znikające chmury mają wielki wpływ na klimat. To złe wieści

Przez ponad 20 lat instrumenty NASA rejestrowały coraz większą różnicę pomiędzy ilością energii słonecznej docierającej do Ziemi a tą, która wraca do przestrzeni kosmicznej. Część tego efektu da się wytłumaczyć wzrostem stężenia gazów cieplarnianych, które skuteczniej „zatrzymują” ciepło. Jednak do pełnego wyjaśnienia brakowało dodatkowego czynnika. Według George’a Tselioudisa, klimatologa z NASA Goddard Institute for Space Studies, nie wystarcza tu samo topnienie lodu czy spadek zanieczyszczeń przemysłowych. W artykule opublikowanym w „Science” przedstawiono nowy pomysł: „znikające chmury”, a dokładniej zmniejszenie się poziomu zachmurzenia w newralgicznych strefach pasatowych i w obszarach średnich szerokości geograficznych.

Wcześniejsze prace badały już rolę chmur w bilansie radiacyjnym, lecz nie dawały wszystkich odpowiedzi. Badacze mieli trudność z korektą rozbieżnych danych z wielu różnych satelitów o odmiennych parametrach. Dodatkowo wieloletnie obserwacje wymagały precyzyjnego „zszywania” pomiarów. Ale satelita Terra, który wystartował w 1999 roku, zaobserwował ten sam trend bez konieczności mozolnego łączenia danych z różnych źródeł.

Niebieskie niebo staje się problemem dla klimatu

Dane z Terry potwierdzają, że ziemska pokrywa chmur kurczy się w tempie ok. 1,5 proc. na dekadę w dwóch głównych pasmach zachmurzenia Ziemi. Pierwsze z nich to tzw. strefa konwergencji pasatów w okolicach równika, gdzie zderzające się masy powietrza wymuszają silne wznoszenie i kondensację chmur. Drugie stanowią strefy niżowe średnich szerokości geograficznych, w których zachmurzenie tworzą niże przemieszczające się w pasie umiarkowanym.

Według Tselioudisa, najnowsze obserwacje pokazują, że chmury w obu tych obszarach nie tylko zanikają, lecz także „zwężają się”, czyli rosnące temperatury i zmiany cyrkulacji w atmosferze prowadzą do zacieśnienia się pasm, w których dochodzi do formowania się chmur. Skutkuje to znacznym spadkiem średniej albedo, czyli zdolności Ziemi do odbijania światła słonecznego. Chmury, zwłaszcza te jasne i rozległe, pełnią bowiem istotną funkcję odbijania promieniowania słonecznego z powrotem w kosmos.

Badanie zespołu Tselioudisa i współpracowników sugeruje, że niemal 80 proc. obserwowanej zmiany wynika z rzeczywistego zaniku chmur, a tylko w 20 proc. – z ewentualnego spadku ich „jasności” (czyli np. zmniejszenia zawartości aerozoli w atmosferze). Wcześniejsze badania sugerowały, że za zwiększoną ilością energii docierającej do powierzchni Ziemi paradoksalnie może stać coraz lepsza jakość powietrza, bo cząsteczki smogu również mogą pomagać odbijać promieniowanie słoneczne z powrotem w kosmos. Zdaniem autorów, nowe wyniki to jednak wyraźny sygnał, że kluczowy jest tu mechanizm zmiany cyrkulacji powietrza, a nie proste zmniejszenie zanieczyszczeń przemysłowych.

Jeszcze do niedawna wielu naukowców sądziło, iż pokrywa chmur będzie raczej rosła w cieplejszym klimacie, zwiększając odbijanie światła słonecznego i hamując wzrost temperatur. Tymczasem obserwacje satelitarne z minionych 20-30 lat wskazują na odwrotne zjawisko.

Budżet energetyczny Ziemi rośnie

Wzrost udziału promieniowania słonecznego absorbowanego przez oceany i powierzchnię lądów przekłada się na rosnący „budżet energetyczny” Ziemi. Tzw. dodatni bilans energetyczny oznacza, że do systemu klimatycznego dociera więcej energii, niż jest w stanie się z niego wydostać. W połączeniu z antropogenicznym wzrostem stężenia dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych powstaje efekt synergii, który może wywoływać szybsze ogrzewanie się powierzchni Ziemi.

Z artykułu opublikowanego w czasopiśmie „Climate Dynamics” wynika, że sam spadek zachmurzenia w szerokościach między 50°S a 50°N ma przekładać się na trendy spadkowe w globalnej pokrywie chmur mieszczące się w zakresie od ok. 0,17 proc. do 0,72 proc. na dekadę. W niskich szerokościach geograficznych wyraźnie dominuje tendencja do zaniku zachmurzenia, co prowadzi do „ocieplającego” efektu. W wysokich szerokościach geograficznych sytuacja bywa inna: tam notuje się raczej wzrost zachmurzenia, który działa ochładzająco, ale nie równoważy ocieplających efektów w strefach bliżej równika.

Czy to trwały trend czy chwilowe odchylenie?

Kwestia, czy zaobserwowane zmiany w cyrkulacji atmosferycznej i zmniejszonym zachmurzeniu staną się zjawiskiem trwałym, pozostaje otwarta. Michael Byrne, klimatolog z University of St. Andrews, cytowany w magazynie „Science”, przyznaje, że nie można jeszcze udzielić jednoznacznej odpowiedzi, czy jest to przejściowe odchylenie, czy też efekt sprzężenia zwrotnego, który przyspieszy globalne ocieplenie. Zjawisko kurczenia się chmur w regionach tropikalnych i subtropikalnych może również przekładać się na wahania siły pasatów, które kształtują system monsunowy oraz wpływają na uprawy rolnicze w strefach Afryki, Azji czy Ameryki Południowej.

Niepewność potęguje fakt, że różne pomiary dają obecnie różne wyniki tempa spadku liczby chmur. A to oznacza, że naukowcy wciąż potrzebują dodatkowych obserwacji, aby ustalić precyzyjny wskaźnik tempa zachodzących zmian i dokładnie zmierzyć ich wpływ na promieniowanie słoneczne. Bez tego trudno będzie ocenić trwałość tego trendu, a co za tym idzie jego wpływ na zmiany klimatyczne w przyszłości.

Pewne jest jednak, że jeśli trend utrzyma się na obecnym poziomie, narastające ogrzewanie może przyspieszyć. Zmniejszona pokrywa chmur oznacza mniejsze odbicie promieniowania słonecznego – a to prowadzi do zwiększania temperatury powierzchni Ziemi i oceanów, w konsekwencji do dalszych zmian cyrkulacyjnych. Bjorn Stevens z Max Planck Institute for Meteorology przyznaje wprost: „Jeśli ten trend się utrzyma, mamy problem”.