Stratocumulus. Καταστροφική αύξηση της θερμοκρασίας λόγω διάσπασης των στρωματοσωρειτών(νεφελωμάτων) alias stratocumulus.

Καταστροφική αύξηση της θερμοκρασίας λόγω διάσπασης των στρωματοσωρειτών(νεφελωμάτων) alias stratocumulus.

Τα στρώματα νεφών Stratocumulus^[i] «Στρωματοσωρείτες» είναι οριζόντια εκτεταμένα στρώματα ρηχών νεφών ,σε ύψος 0-2,5 km, που καλύπτουν περίπου το 20% των ωκεανών χαμηλού γεωγραφικού πλάτους (Eastman et al., 2011) δηλαδή τροπικών περιοχών και διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στο παγκόσμιο ενεργειακό ισοζύγιο. Αυτές οι ευρείες ζώνες νεφοκάλυψης αντανακλούν το 30%-60% της εισερχόμενης μικρού μήκους κύματος ηλιακής ακτινοβολίας (Wood, 2012), σε αντίθεση με την υψηλή απορροφητικότητα των εκτεθειμένων ανοικτών ωκεάνιων υδάτων. Η ακριβής αναπαράσταση της δυναμικής των νεφών έχει παραμείνει μια αδυναμία των κλιματικών μοντέλων μεγάλης κλίμακας, με αποτέλεσμα αβεβαιότητες που προκύπτουν από τις παραμετροποιήσεις των διεργασιών των νεφών (Lin et al., 2014; Nam et al., 2012). Οι προκλήσεις αυτές εξακολουθούν να υφίστανται παρά τη σημαντική σημασία των νεφών στο ισοζύγιο ακτινοβολίας της Γης. Η σχετικά γρήγορη απόκριση των νεφών στις επιδράσεις του CO2 και στην άνοδο της θερμοκρασίας θα μπορούσε δυνητικά να οδηγήσει σε μεγάλες αλλαγές στην ακτινοβολία (Caballero & Huber, 2013).

Σχηματικό διάγραμμα που απεικονίζει τους μηχανισμούς κατάρρευσης του καταστρώματος νεφών stratocumulus και τις επακόλουθες συνέπειες στο καθαρό ισοζύγιο ενέργειας ακτινοβολίας

 

Μια πρόσφατη δημοσίευση πρότεινε ότι σε σενάρια υψηλών εκπομπών CO2 (1.200 ppm CO2-ισοδύναμα σε όρους ακτινοβολίας), μπορεί να εμφανιστεί μια κλιματική ανάδραση κατά την οποία τα στρώματα νεφών stratocumulus θα διαλυθούν, προκαλώντας ταχεία και σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας κατά 8°C σε παγκόσμιο επίπεδο (Schneider et al., 2019). Τα στρώματα νεφών Stratocumulus διατηρούνται από μηχανισμούς που καθοδηγούνται από τη θερμοκρασία και την υγρασία και οι οποίοι με τη σειρά τους επηρεάζονται από την ατμοσφαιρική ακτινοβολία και την επιφανειακή θερμοκρασία-θέρμανση. Έχει προταθεί ότι η διάσπαση των στρωμάτων νεφών Stratocumulus συμβαίνει όταν η προκαλούμενη από τα αέρια του θερμοκηπίου εξασθένηση της ψύξης της ακτινοβολίας στην κορυφή των νεφικών στρωμάτων αποσυνδέει τα στρώματα νεφών από την επιφανειακή παροχή υγρασίας τους, η οποία σε συνδυασμό με τις αυξημένες ροές θερμού, ξηρού αέρα κατά μήκος της θερμοκρασιακής αναστροφής στην κορυφή του οριακού στρώματος προκαλεί εξάτμιση και διάσπαση των καταστρωμάτων νεφών.

Αυτή η ανατροφοδότηση του κλίματος παραμένει μια αναδυόμενη θεωρία, η οποία παρουσιάζεται σε μόλις δύο ερευνητικές δημοσιεύσεις μέχρι σήμερα. Αυτή τη στιγμή της δημοσίευσης, ουσιαστικά καμία έρευνα δεν έχει διερευνήσει την υπόθεση αυτή υπό διαφορετικές συνθήκες μοντέλου. Οι βασικές αρχές των εμπλεκόμενων μηχανισμών, σύμφωνα με τις οποίες η εξασθενημένη ψύξη της ακτινοβολίας αποσυνδέει τα σύννεφα από τις εισροές υγρασίας, είναι καλά τεκμηριωμένες (Bretherton & Wyant, 1997), παρέχοντας κάποια θεωρητική βάση για την υπόθεση αυτή. Παρ' όλα αυτά, η σημαντική αύξηση της θερμοκρασίας που θα συνοδεύει την εξάτμιση του καταστρώματος των νεφών stratocumulus δικαιολογεί την περαιτέρω ερευνητική προσοχή σε αυτό το δυνητικά απότομο στοιχείο καμπής.

Τα στρώματα νεφών πάνω από τον υποτροπικό ωκεανό διατηρούνται χάρη σε μια αυτοτροφοδοτούμενη ανατροφοδότηση, στην οποία η εκπομπή ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος από τις κορυφές των νεφών παίζει σημαντικό ρόλο (Σχήμα). Τα σύννεφα έχουν μεγάλη ικανότητα απορρόφησης της ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος σε σχέση με τον ελεύθερο αέρα. Κατά συνέπεια, η επανεκπομπή της ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος από τις κορυφές των νεφών ψύχει τις τράπεζες νεφών stratocumulus από πάνω, τροφοδοτώντας τη συναγωγική κυκλοφορία που τροφοδοτεί αυτούς τους σχηματισμούς νεφών με υγρασία από τον αέρα κοντά στην επιφάνεια του ωκεανού. Χρησιμοποιώντας μια προσομοίωση μεγάλων στροβίλων υψηλής ανάλυσης σε μια αντιπροσωπευτική καλοκαιρινή περιοχή των υποτροπικών ωκεανών, οι Schneider κ.ά. (2019) προσδιόρισαν ότι μια αρκετά υψηλή συγκέντρωση ατμοσφαιρικών αερίων του θερμοκηπίου θα μπορούσε να προκαλέσει ταχεία αποσύνθεση των στρωματοφόρων νεφοπλακών διαταράσσοντας αυτή την αυτοσυντηρούμενη ανατροφοδότηση, ενδεχομένως σε σύντομες χρονικές κλίμακες. Ωστόσο, οι συγγραφείς δεν μοντελοποίησαν άμεσα αυτόν τον μηχανισμό σε δράση σε παγκόσμια κλίμακα.

 Υπό τις σημερινές συνθήκες CO2 (420 ppm), τα στρώματα νεφών stratocumulus συντηρούνται από την ψύξη λόγω ακτινοβολίας μεγάλων κυμάτων στις ανώτατες εκτάσεις τους, η οποία κινεί την κυκλοφορία των συναγωγών που τροφοδοτεί το στρώμα νεφών με υγρασία από την επιφάνεια του ωκεανού. Οι αυξανόμενες συγκεντρώσεις αερίων του θερμοκηπίου (1.200 ppm) αυξάνουν την εισροή ακτινοβολίας μεγάλου μήκους κύματος στα σύννεφα stratocumulus από πάνω, μειώνοντας την ισχύ της ψύξης μεγάλου μήκους κύματος. Πέρα από ένα ορισμένο όριο των επιπέδων των αερίων του θερμοκηπίου (1.300 ppm), η ψύξη των μακρών κυμάτων εξασθενεί σε τέτοιο σημείο όπου τα στρώματα των νεφών αποκόπτονται από την επιφανειακή υγρασία, οδηγώντας στη διάλυσή τους και στην απότομη, οξεία θέρμανση της επιφάνειας από την αυξημένη απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας. Το σχήμα δημοσιεύθηκε αρχικά στο Schneider et al. (2019).

 

Πηγή δεδομένων:  https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2021RG000757

---

[i] Οι Στρωματοσωρείτες έχουν χρώμα γκρίζο και υπόλευκο με ασαφή σκοτεινά τμήματα. Συνήθως αποτελούν μάζες κυλινδρικών νεφών με όψη κυλινδρικού φουσκωτού στρώματος. Εμφανίζονται σε γραμμές κατά ομάδες ή σε κύματα. Πολλές φορές μοιάζουν με τους σωρείτες λόγω των ανοδικών τους κινήσεων. Αυτά τα νέφη δεν παράγουν βροχή, αλλά καμιά φορά μετατρέπονται σε μελανοστρώματα που είναι πλέον σύννεφα βροχής. Επίσης όταν είναι πυκνά παρουσιάζουν ιριδισμούς όπως οι υψισωρείτες. Αποτελούνται κυρίως από υδροσταγονίδια και σπανιότερα από χιονοκόκκους και πολύ πολύ σπάνια από κρυστάλλους χιονιού.