Обратная связь с облаком - Cloud feedback

Обратная связь с облаком связь между облачность и приземный воздух температура где изменение температуры приземного воздуха приводит к изменению облачности, которое затем может усилить или уменьшить начальное температурное возмущение. Обратная связь облаков может влиять на величину внутренней изменчивости климата[1][2] или они могут повлиять на масштабы изменения климата в результате внешних радиационные воздействия.[3]

Глобальное потепление ожидается изменение распределения и типа облаков.[4][5] При взгляде снизу облака испускают инфракрасная радиация вернуться на поверхность и тем самым оказать согревающее действие; Если смотреть сверху, облака отражают солнечный свет и испускают инфракрасное излучение в космос, оказывая охлаждающий эффект.[6] Представления облаков различаются в разных странах. климатические модели, а небольшие изменения облачного покрова имеют большое влияние на климат.[7][8] Различия в планетарный пограничный слой схемы облачного моделирования могут привести к большим различиям в производных значениях чувствительность климата. Модель, которая уменьшает количество облаков пограничного слоя в ответ на глобальное потепление, имеет чувствительность климата в два раза больше, чем модель, которая не включает это Обратная связь.[9] Однако спутниковые данные показывают, что облако оптическая толщина фактически увеличивается с повышением температуры.[10] Будет ли чистый эффект потеплением или охлаждением, зависит от таких деталей, как тип и высота облака; детали, которые сложно представить в климатических моделях.

Другие эффекты облачной обратной связи

Помимо того, как сами облака будут реагировать на повышение температуры, на свойства и формирование облаков влияют и другие обратные связи. Количество и вертикальное распределение водяной пар тесно связан с образованием облаков. Было показано, что кристаллы льда в значительной степени влияют на количество водяного пара.[11] Водяной пар в субтропической верхней тропосфере связан с конвекцией водяного пара и льда. Изменения субтропической влажности могут вызвать отрицательную обратную связь, которая уменьшает количество водяного пара, который, в свою очередь, будет способствовать глобальным изменениям климата.[12]

Изменения облачного покрова тесно связаны с другими отзывами, включая обратная связь по водяному пару и обратная связь ледового альбедо. Меняющийся климат ожидается, что изменится соотношение между облачным льдом и переохлажденной облачной водой, что, в свою очередь, повлияет на микрофизика облака, что приведет к изменению радиационных свойств облака. Климатические модели предполагают, что потепление усилит частичную облачность. Альбедо повышенной облачности охлаждает климат, что приводит к отрицательной обратной связи; в то время как отражение инфракрасного излучения облаками согревает климат, что приводит к положительной обратной связи.[13] Повышение температуры в полярные регионы Ожидается увеличение количества облаков на нижнем уровне, стратификация которых препятствует конвекции влаги на верхние уровни. Эта обратная связь частично нейтрализует повышенное нагревание поверхности из-за облачности. Эта отрицательная обратная связь имеет меньший эффект, чем положительная. Верхние слои атмосферы более чем нейтрализуют отрицательную обратную связь, которая вызывает охлаждение и, следовательно, увеличение CO.2 фактически усугубляет положительную обратную связь, поскольку больше CO2 входит в систему.[14]

Моделирование 2019 года предсказывает, что если парниковые газы в три раза превысят текущий уровень углекислого газа в атмосфере, слоисто-кучевые облака могут внезапно рассеяться, что приведет к дополнительному глобальному потеплению.[15]

Отзывы об облаке в отчете МГЭИК

В межправительственная комиссия по изменению климата (МГЭИК) отчеты об оценке содержат краткое изложение текущего состояния знаний о влиянии обратной связи облаков на модели климата. В Четвертый оценочный доклад МГЭИК (2007) заявил:[16]

Отражая солнечную радиацию обратно в космос (эффект альбедо облаков) и улавливая инфракрасное излучение, испускаемое поверхностью и нижней тропосферой ( парниковый эффект облаков), облака оказывают на радиационный баланс Земли два конкурирующих эффекта. Эти два эффекта обычно называют SW (коротковолновый) и LW (длинноволновый) компонентами радиационного воздействия облаков (CRF). Баланс между этими двумя компонентами зависит от многих факторов, включая макрофизические и микрофизические свойства облака. В текущем климате облака оказывают охлаждающее воздействие на климат (глобальное среднее значение CRF отрицательно). В ответ на глобальное потепление охлаждающее воздействие облаков на климат может усиливаться или ослабляться, тем самым создавая радиационную обратную связь с потеплением климата (Randall и другие., 2006; NRC, 2003; Чжан, 2004; Стивенс, 2005; Костлявый и другие., 2006).

В самом последнем Пятый оценочный доклад МГЭИК (2013), эффекты обратной связи с облаками обсуждаются в отчете Рабочей группы 1,[17] в главе 7 «Облака и аэрозоли»,[18] с дополнительным обсуждением неопределенностей в Главе 9 «Оценка климатических моделей».[19] В отчете говорится: «Исследования обратной связи облаков указывают на пять аспектов реакции облаков на изменение климата, которые здесь выделяются: изменения высоты над уровнем облаков, влияние гидрологического цикла и изменения траектории штормов на облачные системы, изменения в количестве облаков на низком уровне, изменения непрозрачности (оптической глубины), вызванные микрофизическими факторами, и изменения в облаках в высоких широтах ». Чистая радиационная обратная связь представляет собой сумму обратных связей потепления и охлаждения; радиационная обратная связь из-за всех типов облаков менее определенная, но, вероятно, положительная. Неопределенность в знаке и величине обратной связи с облаками в первую очередь связана с сохраняющейся неопределенностью в отношении воздействия потепления на низкие облака ». По их оценкам, обратная связь с облаками от всех типов облаков составляет +0,6 Вт / м2° C (с диапазоном неопределенности от -0,2 до +2,0), и продолжаем: «Все глобальные модели продолжают давать положительную чистую обратную связь облаков от близкой к нулю до умеренно сильной».[18]

Тесно связанная с этим эффективная чувствительность климата существенно возросла в моделях глобального климата последнего поколения. Различия в физическом представлении облаков в моделях обусловливают повышенную чувствительность по сравнению с моделями предыдущего поколения.[20][21][22]

Рекомендации

  1. ^ Браун, Патрик Т .; Ли, Вэньхун; Цзян, Джонатан Х .; Су, Хуэй (07.12.2015). «Не вынужденная изменчивость приземной температуры воздуха и ее контрастирующая взаимосвязь с аномальным потоком энергии TOA в локальном и глобальном пространственных масштабах» (PDF). Журнал климата. 29 (3): 925–940. Bibcode:2016JCli ... 29..925B. Дои:10.1175 / JCLI-D-15-0384.1. ISSN  0894-8755.
  2. ^ Белломо, Катинка; Клемент, Эми; Мауритсен, Торстен; Рэдель, Габи; Стивенс, Бьорн (11 апреля 2014 г.). «Моделирование роли субтропических слоисто-кучевых облаков в изменении климата Тихого океана». Журнал климата. 27 (13): 5119–5131. Bibcode:2014JCli ... 27.5119B. Дои:10.1175 / JCLI-D-13-00548.1. ISSN  0894-8755. S2CID  33019270.
  3. ^ Стивенс, Грэм Л. (01.01.2005). «Обратные связи облаков в климатической системе: критический обзор». Журнал климата. 18 (2): 237–273. Bibcode:2005JCli ... 18..237S. CiteSeerX  10.1.1.130.1415. Дои:10.1175 / JCLI-3243.1. ISSN  0894-8755.
  4. ^ ГРИНФИЛДБОЙС, Нелл (11 июля 2016 г.). «Изменение климата, возможно, уже смещает облака к полюсам». энергетический ядерный реактор. Получено 11 июля, 2016.
  5. ^ «Как изменение климата меняет облачный покров Земли». The Christian Science Monitor. 12 июля 2016 г.. Получено 14 июля, 2016.
  6. ^ Hartmann, D.L .; М.Э. Окерт-Белл и М.Л. Михельсен (1992). «Влияние типа облаков на энергетический баланс Земли: глобальный анализ». J. Климат. 5 (11): 1281–1304. Bibcode:1992JCli .... 5.1281H. Дои:10.1175 / 1520-0442 (1992) 005 <1281: TEOCTO> 2.0.CO; 2.
  7. ^ Cess, R.D .; и другие. (1990). «Взаимное сравнение и интерпретация процессов обратной связи с климатом в 19 моделях общей циркуляции атмосферы» (PDF). J. Geophys. Res. 95 (D10): 16, 601–16, 615. Bibcode:1990JGR .... 9516601C. Дои:10.1029 / jd095id10p16601. Архивировано из оригинал (PDF) в 2018-07-22. Получено 2017-10-27.
  8. ^ Stocker, T.F .; и другие. (2001). «Физические климатические процессы и обратные связи». В J.T. Хоутон; и другие. (ред.). Изменение климата 2001: научная основа, вклад Рабочей группы I в Третий оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета.
  9. ^ Национальный исследовательский совет (2004 г.). Понимание обратной связи об изменении климата. Группа по отзывам об изменении климата, Комитет по исследованию климата. Национальная академия прессы. Дои:10.17226/10850. ISBN  978-0-309-09072-8.
  10. ^ Tselioudis, G .; W.B. Россоу и Д. Ринд (1992). «Глобальные закономерности изменения оптической толщины облаков с температурой». J. Климат. 5 (12): 1484–1495. Bibcode:1992JCli .... 5.1484T. Дои:10.1175 / 1520-0442 (1992) 005 <1484: GPOCOT> 2.0.CO; 2.
  11. ^ Доннер, Л. Дж .; К. Дж. Семан; Б. Дж. Соден; Р. С. Хемлер; Дж. К. Уоррен; J. Ström & K.-N. Лиу (1997). «Крупномасштабные ледяные облака в модели общей циркуляции GFDL SKYHI». J. Geophys. Res. 102 (D18): 21, 745–21, 768. Bibcode:1997JGR ... 10221745D. Дои:10.1029 / 97JD01488.
  12. ^ Pierrehumbert, R.T .; Р. Рока (1998). «Доказательства контроля над атлантической субтропической влажностью с помощью крупномасштабной адвекции» (PDF). Geophys. Res. Латыш. 25 (24): 4537–4540. Bibcode:1998GeoRL..25.4537P. Дои:10.1029 / 1998GL900203.
  13. ^ Fowler, L.D .; Д.А. Рэндалл (1996). "Микрофизика жидких и ледяных облаков в модели общей циркуляции CSU. Часть III: Чувствительность к предположениям моделирования". J. Климат. 9 (3): 561–586. Bibcode:1996JCli .... 9..561F. Дои:10.1175 / 1520-0442 (1996) 009 <0561: LAICMI> 2.0.CO; 2.
  14. ^ Wetherald, R .; С. Манабе (1988). «Процессы обратной связи с облаком в общей модели циркуляции». J. Atmos. Наука. 45 (8): 1397–1416. Bibcode:1988JAtS ... 45,1397Вт. Дои:10.1175 / 1520-0469 (1988) 045 <1397: CFPIAG> 2.0.CO; 2.
  15. ^ Pressel, Kyle G .; Каул, Коллин М .; Шнайдер, Тапио (март 2019 г.). «Возможные изменения климата в результате распада слоисто-кучевых облаков при тепличном потеплении». Природа Геонауки. 12 (3): 163–167. Дои:10.1038 / s41561-019-0310-1. ISSN  1752-0908.
  16. ^ Четвертый оценочный доклад МГЭИК: изменение климата, 2007 г .: Рабочая группа I: основы физических наук, раздел 8.6.3.2 Облака В архиве 2017-12-26 в Wayback Machine (2007). По состоянию на 18 июня 2016 г.
  17. ^ Stocker, T.F., D. Qin, G.-K. Платтнер, М. Тиньор, С.К. Аллен, Дж. Бошунг, А. Науэльс, Ю. Ся, В. Бекс и П.М. Мидгли (ред.), 5-й доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата, доклад Рабочей группы 1, Изменение климата 2013: основы физических наук (2013). По состоянию на 18 июня 2016 г.
  18. ^ а б Баучер О., Д. Рэндалл, П. Артаксо, К. Бретертон, Г. Фейнгольд, П. Форстер, В.-М. Керминен, Ю. Кондо, Х. Ляо, У. Ломанн, П. Раш, С.К. Сатиш, С. Шервуд, Б. Стивенс и X.Y. Чжан, «Облака и аэрозоли», Глава 7, стр. 571-657, Изменение климата 2013: основы физических наук (2013). По состоянию на 18 июня 2016 г.
  19. ^ Флато, Г., Дж. Мароцке, Б. Абиодан, П. Браконно, С. К. Чоу, В. Коллинз, П. Кокс, Ф. Дриуч, С. Эмори, В. Айринг, К. Форест, П. Глеклер, Э. Гильярди, К. Якоб, В. Катцов, К. Ризон и М. Руммукайнен, раздел 9.7.2.3, «Роль обратных связей облаков в чувствительности к климату», стр. 819-820, в «Оценка климатических моделей», Глава 9, Изменение климата 2013: основы физических наук (2013). По состоянию на 18 июня 2016 г.
  20. ^ Зелинка, Марк Д .; Майерс, Тимоти А .; Маккой, Дэниел Т .; По-Чедли, Стивен; Колдуэлл, Питер М .; Сеппи, Пауло; Кляйн, Стивен А .; Тейлор, Карл Э. (2020). «Причины повышенной чувствительности климата в моделях CMIP6». Письма о геофизических исследованиях. 47 (1): e2019GL085782. Дои:10.1029 / 2019GL085782. ISSN  1944-8007.
  21. ^ Уоттс, Джонатан (13.06.2020). «Наихудшие климатические сценарии могут оказаться недостаточными, как показывают данные облака». хранитель. Получено 2020-06-19.
  22. ^ Палмер, Тим (2020-05-26). «Краткосрочные тесты подтверждают долгосрочные оценки изменения климата». Природа. 582 (7811): 185–186. Дои:10.1038 / d41586-020-01484-5.