Η Ανταρκτική αποτελεί ένα από τα πιο δύσκολα σημεία της Γης για την παρατήρηση και κατανόηση της ατμόσφαιρας. Οι ακραίες συνθήκες, η απομακρυσμένη θέση της και οι περιορισμένες διαθέσιμες μετρήσεις αφήνουν ακόμη σημαντικά κενά στην εικόνα που έχουμε για το κλίμα της περιοχής. Ανάμεσα στα μεγαλύτερα ερωτήματα βρίσκονται τα σύννεφα, τα οποία μπορεί να φαίνονται παροδικά και ασήμαντα, στην πραγματικότητα όμως παίζουν καθοριστικό ρόλο στο πόση θερμότητα φτάνει στην επιφάνεια της Γης.
Μια νέα επιστημονική μελέτη έρχεται να φωτίσει ένα παράδοξο που προβληματίζει τους ερευνητές: ορισμένα κλιματικά μοντέλα εμφανίζουν περισσότερα χαμηλά σύννεφα πάνω από τον Νότιο Ωκεανό από όσα καταγράφονται στην πραγματικότητα, αλλά ταυτόχρονα υπολογίζουν μικρότερη ποσότητα θερμότητας που φτάνει στην επιφάνεια.
Η αναντιστοιχία αυτή δείχνει ότι πίσω από τις κλιματικές προβλέψεις κρύβονται πολύ πιο σύνθετες διαδικασίες, στις οποίες η ποσότητα των νεφών είναι μόνο ένα μέρος της εξίσωσης. Οι ερευνητές συγκρίνουν τις παρατηρήσεις με κορυφαία κλιματικά μοντέλα για να εντοπίσουν σφάλματα και να βοηθήσουν στη βελτίωση των μελλοντικών κλιματικών προβλέψεων.
Ορισμένες προσομοιώσεις εμφανίζουν υπερβολικά πολλά χαμηλά σύννεφα πάνω από τον Νότιο Ωκεανό, αλλά παρ’ όλα αυτά υποτιμούν την ποσότητα θερμότητας που φτάνει στην υποκείμενη επιφάνεια.
Το παγκόσμιο «φίλτρο» της θερμότητας: Πώς τα σύννεφα της Ανταρκτικής θολώνουν τις προβλέψεις
Οι παρατηρήσεις από ένα ερευνητικό ταξίδι στην Ανταρκτική υποδηλώνουν ότι η διόρθωση αποκλειστικά και μόνο του αριθμού των νεφών δεν θα λύσει το πρόβλημα. Τα σύννεφα επηρεάζουν το κλίμα ελέγχοντας την ποσότητα του ηλιακού φωτός που φτάνει στη Γη, καθώς και απορροφώντας και εκπέμποντας θερμότητα.
Πάνω από τον Νότιο Ωκεανό —μια περιοχή κομβικής σημασίας για τη ρύθμιση του κλίματος της Γης— τυχόν σφάλματα σε οποιαδήποτε από τις δύο διαδικασίες μπορούν να διαστρεβλώσουν τις μετεωρολογικές προγνώσεις και τις προβλέψεις για τη μελλοντική υπερθέρμανση.
Γιατί τα «πιο συννεφιασμένα» μοντέλα υποτιμούν τη θερμότητα
Ερευνητές από το Εθνικό Ινστιτούτο Πολικής Έρευνας της Ιαπωνίας και το Πανεπιστήμιο της Ναγκόγια διερεύνησαν αυτή την αναντιστοιχία χρησιμοποιώντας μετρήσεις από το ερευνητικό παγοθραυστικό R/V Shirase κατά την 64η Ιαπωνική Αποστολή Ανταρκτικής Έρευνας, γνωστή ως JARE64.
Τον Δεκέμβριο του 2022 και τον Μάρτιο του 2023, τα όργανα του πλοίου κατέγραφαν συνεχώς τις ιδιότητες των νεφών, την ατμοσφαιρική θερμοκρασία και υγρασία, την ακτινοβολία στην επιφάνεια, καθώς και τις συγκεντρώσεις αερολυμάτων —μικροσκοπικών αιωρούμενων σωματιδίων που μπορούν να επηρεάσουν τον σχηματισμό των νεφών.
Η επιστημονική ομάδα συνέκρινε αυτές τις παρατηρήσεις με το ERA5 και το MERRA-2, δύο ευρέως χρησιμοποιούμενα σύνολα δεδομένων ατμοσφαιρικής επανανάλυσης που συνδυάζουν παρατηρήσεις με αριθμητικά μοντέλα για την αναπαράσταση των ατμοσφαιρικών συνθηκών, καθώς και με το κλιματικό μοντέλο CAM-ATRAS.
Τα ευρήματα της έρευνας δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Geophysical Research Letters. Και τα τρία μοντέλα αναπαρήγαγαν σε γενικές γραμμές τα μοτίβα των νεφώσεων πάνω από τον Νότιο Ωκεανό. Ωστόσο, τα ERA5 και MERRA-2 εμφάνιζαν σταθερά χαμηλά σύννεφα συχνότερα από ό,τι έδειχναν οι πραγματικές παρατηρήσεις.
Το CAM-ATRAS πλησίασε περισσότερο τις μετρήσεις, τόσο ως προς την εμφάνιση των νεφών όσο και ως προς τη φάση τους —δηλαδή το αν τα σύννεφα περιέχουν υγρά σταγονίδια ή πάγο. Και τα τρία μοντέλα αναπαρήγαγαν σε γενικές γραμμές τα μοτίβα των νεφώσεων πάνω από τον Νότιο Ωκεανό.
Ωστόσο, τα ERA5 και MERRA-2 εμφάνιζαν σταθερά χαμηλά σύννεφα συχνότερα από ό,τι έδειχναν οι πραγματικές παρατηρήσεις. Το CAM-ATRAS πλησίασε περισσότερο τις μετρήσεις, τόσο ως προς την εμφάνιση των νεφών όσο και ως προς τη φάση τους —δηλαδή το αν τα σύννεφα περιέχουν υγρά σταγονίδια ή πάγο.
Παρά τις διαφορές αυτές, και τα τρία μοντέλα υποτίμησαν την καθοδική ακτινοβολία μεγάλου μήκους κύματος —δηλαδή τη θερμότητα που εκπέμπεται από την ατμόσφαιρα και τα σύννεφα προς την επιφάνεια. Ο πλεονάζων πάγος στα σύννεφα των προσομοιώσεων μείωσε τη θερμότητα που εξέπεμπαν προς τα κάτω.
Τα μοντέλα παρουσίασαν επίσης μια «ψυχρή απόκλιση» (cold bias), που σημαίνει ότι οι θερμοκρασίες τους ήταν χαμηλότερες από τις πραγματικές, γεγονός που συνέβαλε σε αυτό το έλλειμμα. Επομένως, τόσο η φάση των νεφών όσο και η ατμοσφαιρική θερμοκρασία βοήθησαν να εξηγηθεί γιατί οι προσομοιώσεις με άφθονη χαμηλή νέφωση εξακολουθούσαν να αποδίδουν πολύ λίγη θερμότητα.
Ο καθηγητής Τζουν Ινόουε εξηγεί: «Έχει αναφερθεί ότι τα αριθμητικά μοντέλα παρουσιάζουν χαμηλή αξιοπιστία στην αναπαράσταση των νεφών. Συγκεκριμένα, πάνω από τον Νότιο Ωκεανό και την Ανταρκτική, όπου η αποτύπωση των νεφών παραμένει ιδιαίτερα απαιτητική, έχει αποδειχθεί ότι οι αποκλίσεις που σχετίζονται με τα σύννεφα αυξάνουν τα σφάλματα στον ενεργειακό ισολογισμό της επιφάνειας, μέσω αποκλίσεων στον προϋπολογισμό της ακτινοβολίας».
Οι συγκεντρώσεις των αερολυμάτων προσέφεραν έναν ακόμα τρόπο για να διερευνηθεί αυτή η αναντιστοιχία. Τα μοντέλα ERA5 και MERRA-2 περιείχαν υψηλότερες συγκεντρώσεις από αυτές που παρατήρησε το ερευνητικό σκάφος, γεγονός που ώθησε τους ερευνητές να δοκιμάσουν την αύξηση των εκπομπών αερολυμάτων του Νοτίου Ημισφαιρίου στο μοντέλο CAM-ATRAS.
Τα περισσότερα αερολύματα παρήγαγαν περισσότερα χαμηλά σύννεφα, αλλά είχαν περιορισμένο μόνο αντίκτυπο στην επιφανειακή ακτινοβολία.
Από την παγωμένη ήπειρο στη ρύθμιση των μοντέλων: Το κλειδί για πιο έγκυρες προβλέψεις
Η βελτίωση του τρόπου με τον οποίο τα μοντέλα αναπαριστούν τα σταγονίδια νερού και τον πάγο στα σύννεφα, τις αλληλεπιδράσεις των αερολυμάτων με τα σύννεφα, καθώς και τις ατμοσφαιρικές συνθήκες, θα μπορούσε να μειώσει την αβεβαιότητα στις προβλέψεις για την υπερθέρμανση, τις αλλαγές στους θαλάσσιους πάγους και την κλιματική μεταβλητότητα.
Οι ερευνητές ζητούν τη διεύρυνση των παρατηρήσεων σε ολόκληρο τον Νότιο Ωκεανό και την Ανταρκτική, συμπεριλαμβανομένων μετρήσεων θερμοκρασίας που θα βοηθήσουν στην αντιμετώπιση της «ψυχρής απόκλισης».
Ο επίκουρος καθηγητής Καζουτόσι Σάτο επισημαίνει: «Επειδή οι παρατηρήσεις πάνω από την Ανταρκτική παραμένουν αραιές, τα αριθμητικά μοντέλα εξακολουθούν να εμπεριέχουν σημαντικές αβεβαιότητες στην αποτύπωση της ανταρκτικής ατμόσφαιρας.
Επομένως, η ενσωμάτωση υφιστάμενων, αλλά επί του παρόντος ανεκμετάλλευτων παρατηρήσεων στα αριθμητικά μοντέλα μπορεί να προσφέρει μια αποτελεσματική λύση. Για παράδειγμα, η ενσωμάτωση δεδομένων από το ραντάρ PANSY στον ιαπωνικό σταθμό Syowa, τα οποία δεν χρησιμοποιούνται ακόμη συστηματικά στα συστήματα αριθμητικής πρόγνωσης καιρού, θα μπορούσε να βοηθήσει στη μείωση των αποκλίσεων των μοντέλων και να βελτιώσει την ακρίβεια των προγνώσεων».
Η εργασία αυτή υποστηρίχθηκε από την 64η Ιαπωνική Αποστολή Ανταρκτικής Έρευνας (JARE64 AJ1005) και το πρόγραμμα JSPS KAKENHI (Χορηγίες JP18H05053, JP19K14802, JP20H04963, JP22H03722, JP22K14103, JP23H00515, JP23H00523, JP23K18519, JP23K24976, JP24H02225, JP24H02339, JP24H02341, JP25H00002, JP26K00780 και JP26K03065), την 4η Ανακοίνωση Έρευνας για τις Παρατηρήσεις της Γης της Ιαπωνικής Υπηρεσίας Αεροδιαστημικής Έρευνας (JAXA), τα Έργα MEXT Arctic Challenge for Sustainability II (ArCS II· JPMXD1420318865) και 3 (ArCS-3· JPMXD1720251001)· το Ταμείο Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης για το Περιβάλλον 2-2301 (JPMEERF20232001) και 2–2602 (JPMEERF20262002) του Οργανισμού Περιβαλλοντικής Αποκατάστασης και Διατήρησης· καθώς και από το Εθνικό Ινστιτούτο Πολικής Έρευνας (NIPR) μέσω του Ειδικού Έργου Συνεργασίας (B25-02), και το Εθνικό Ινστιτούτο Πολικής Έρευνας (NIPR) υπό την αιγίδα του MEXT.
