Как волны могут изменять состав облаков?

Какая связь может быть между высотой волн в Северном Ледовитом океане и составом облаков над ним? В ноябре 2018 года группа исследователей провела интенсивную измерительную кампанию в Чукотском море, чтобы ответить на этот, мягко говоря, удивительный вопрос. Результаты, недавно опубликованные в журнале Geophysical Research Letters, богаты на открытия.

Ученые отправились в экспедицию на борту RV Mirai, японского исследовательского судна, и заинтересовались этим вопросом неслучайно. Когда волны разбиваются о препятствия, они создают большое количество морских брызг. Перенесенные ветром, эти брызги могут обогатить нижние слои атмосферы органическими аэрозолями и способствовать образованию облаков, состоящих из кристаллов льда. Почему это происходит?

Крошечные зерна пыли лежат в основе облаков

Чтобы перейти из газообразного состояния в конденсированное, воде необходимы микроскопические частицы пыли - так называемые аэрозоли - вокруг которых может начаться процесс конденсации. Большинство аэрозолей являются ядрами, способствующими переходу из парообразного состояния в жидкое, поэтому в облаках часто можно наблюдать жидкую воду при отрицательных температурах. Однако органические аэрозоли относятся к более редкому классу так называемых гляциогенных ядер, которые способствуют переходу в твердое состояние при соответствующих температурах.

Таким образом, волны могут модулировать концентрацию гляциогенных ядер в атмосфере и тем самым благоприятствовать или не благоприятствовать ледяным облакам. Эта гипотеза была подтверждена исследователями, которые проанализировали состав облаков, содержание различных аэрозолей в воздухе, а также высоту волн и скорость ветра в различных точках в течение почти двух недель. Кроме того, измерялась мутность воды для уточнения связи между атмосферными и океаническими условиями.

Сложные взаимодействия в условиях быстро меняющегося климата

"Чукотское море относительно мелкое, его средняя глубина составляет всего 40 метров. Там океанические слои смешения развиваются и просачиваются на морское дно, что может служить резервуаром гляциогенных ядер, которые затем поднимаются под действием турбулентной кинетической энергии волн", — говорит Джун Иноу, ведущий автор исследования. "Морские брызги, вызванные сильными ветрами и высокими волнами, приносят эти ядра в атмосферу, способствуя образованию ледяных облаков."

Эти результаты имеют значительные последствия для климата Арктики. По мере сокращения площади морского льда ветер дует над большей площадью открытой воды, а высота и частота волн увеличиваются. В результате перенос ледяных ядер из океана в атмосферу также меняется, изменяя состав облачных слоев в арктическом регионе. И хотя наличие ледяных облаков способствует выпадению снега на поверхности, оно также изменяет тепловой баланс полюса, поскольку, например, они отражают меньше поступающей солнечной радиации.

"Понимание взаимосвязи между образованием облаков и новым состоянием моря в результате недавнего сокращения арктического морского льда необходимо для эффективного прогнозирования погоды и морского льда, а также для будущих климатических прогнозов", — отмечает ведущий автор.