Планета Земля. Познакомьтесь с миром, который мы называем домом

Если бы мы досконально изучили природу облаков, мы могли бы предсказать будущее их поведение в климатической модели. Но рассчитать, как они будут себя вести, совсем не просто. Внутренняя структура облака определяется турбулентными потоками воздуха в масштабе от нескольких километров до нескольких метров. Для глобальных климатических моделей, в которых вся атмосфера разрезается на кубы шириной 100 километров, это чрезвычайно малые размеры. Существуют специальные мелкомасштабные модели, в которых учитываются водовороты до 100 метров в поперечнике, но их не удается вписать в большие климатические системы.

Столкновения капелек воды и кристаллов льда, их слипание, конденсация и испарение происходят на еще более мелких масштабах внутри облаков. Далеко не все физические процессы, происходящие на этих мельчайших масштабах, изучены. Если дать изображение облака еще более крупным планом, мы увидим, что образование облака сопровождается тонким аэрозольным туманом, вокруг которого происходит конденсация или замерзание воды (см. главу 6). Чем больше частиц в облаке, тем белее будет облако и тем дольше оно проживет, обеспечивая хорошую защиту в качестве «зонтика».

Модели не могут уловить все эти нюансы, поэтому приходится прибегать к приближениям. В частности, помогают эмпирические зависимости, выводимые из наблюдений – например, соотношение между облачностью и, скажем, влажностью или температурой. Эти зависимости можно включать в модели. Но, как мы уже видели, наблюдения разнородны и не совершенны, поэтому мы не можем построить универсальную зависимость между всеми свойствами атмосферы и количеством и типом облаков.

Поэтому климатологи, пытающиеся моделировать атмосферу, поставлены в затруднительное положение. Допустим, облачный покров хорошо коррелирует с разницей температур, измеренных на уровне земли и на высоте 3 километра. Но он так же хорошо коррелирует и с другими показателями, например с температурой и влажностью. К сожалению, модели дают совершенно разные прогнозы поведения атмосферы Земли во время потепления в зависимости от того, какой вариант выбран.

Несмотря на все эти трудности, с некоторыми типами облаков удалось достичь ясности. Как наблюдатели, так и теоретики-«модельеры», сходятся во мнении, что высокие облака будут выталкиваться в среднем еще выше при повышении температуры. Их «макушки» станут еще холоднее, поэтому их эффективность как излучателей тепла понизится. Между тем пути циклонов, вероятно, сместятся к полюсам, где облака меньше отражают солнечное излучение. Оба эти фактора будут усиливать потепление.

Охлаждающий покров над тропиками

Основная часть глобального защитного теплового экрана сосредоточена в тропиках и субтропиках, где над океаном, как правило, простираются обширные покровы низких слоисто-кучевых облаков. Ученые обнаружили, что эти облака оказывают постоянное и мощное охлаждающее влияние на наш климат. Но и здесь различные модели конфликтуют друг с другом. Некоторые предсказывают почти полное отсутствие изменений в этих низких облаках при повышении температуры, другие утверждают, что эти облака пойдут на убыль, что усилит глобальное потепление.

В последнее время началось более тщательное исследование физических механизмов, влияющих на воздушные массы над тропическими волнами. Некоторые результаты выглядят вполне оптимистично: существуют «отрицательные обратные связи», которые замедляют потепление по мере повышения температуры. Например, там, где теплый сухой воздух, участвующий в глобальной циркуляции воздушных потоков, спускается в тропиках к океанам, он может удерживать в своеобразной ловушке слои низких, охлаждающих, слоисто-кучевых облаков. Температурная инверсия – теплый воздух сверху, более холодный снизу – приводит к тому, что облака не могут подняться и пролиться дождем. При этом, по мере повышения глобальной температуры, теплые нисходящие потоки должны становиться теплее, усиливая эффект инверсии, что будет способствовать увеличению облачного покрова.

По крайней мере, такой сценарий следует из наблюдений и моделирования на небольших масштабах, согласно работе Питера Колдуэлла и его коллег из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (штат Калифорния, США). Тем не менее это только один из механизмов, и окончательного согласия по поводу того, будет ли количество слоисто-кучевых облаков увеличиваться или сокращаться при потеплении, пока нет.