Zagadka rekordowych upałów rozwiązana: brakuje chmur

Zdjęcie: Rolf Vennenbernd/dpa/picture Alliance

Noszą nazwę cumulus, stratus lub stratocumulus. Chmury, które tworzą się raczej na niskich powierzchniach Ziemi. Dla wszystkich wspólną cechą jest to, że odbijają światło słoneczne i w ten sposób chłodzą powierzchnię Ziemi. Jest ich jednak coraz mniej – przynajmniej w określonych regionach. To pokazuje nowe badanie instytutu Alfreda Wegenera w Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI).

Spoglądamy na 2023 rok: alarmujące rekordy przy wzroście poziomu morza, przy topnieniach lodowców, a także ekstremalne fale upałów na lądzie oraz w morzu. Po raz pierwszy od czasu epoki przedindustrialnej średnia temperatura wzrosła nagle o 1,5 stopnia Celsjusza. „Luka wyjaśnienia” 0,2 stopnia. Dużą część tego ocieplenia da się wytłumaczyć wysoką koncentracją gazów cieplarnianych w atmosferze, związaną z wpływami ludzi. Do tego można dodać wpływy zjawiska atmosferycznego El Ni?o. Jednak, gdy podsumuje się te wszystkie czynniki: w bilansie pozostaje luka 0,2 stopnia Celsjusza. 

„Kwestia luki wyjaśniającej 0,2 stopnia Celsjusza w 2023 roku, jest aktualnie jednym z największych problemów w badaniach klimatycznych”, mówi Helge Gößling, główny autor nowego badania AWI. Gößling i jego zespół najpierw wzięli pod uwagę największą aktywność słoneczną oraz brak cząstek areozolu, czyli cząstek zawieszonych w atmosferze. Jednak pozostaje luka. Później zespół AWI razem z ECMWF porównał dane satelitarne NASA z wnioskami ECMWF z danych obserwacyjnych i modeli pogodowych. Badacze cofnęli się również do roku 1940 i przeanalizowali informacje dotyczące chmur na różnych wysokościach.

Okazało się, że 2023 był rokiem z najmniejszym tzw. efektem albedo. Efekt albedo opisuje zdolność powierzchni Ziemi do odbijania światła słonecznego i zależy od jej jasności. Świeży śnieg jest prawie biały i dlatego odbija najwięcej energii słonecznej na Ziemi. W przeciwieństwie do asfaltu, który absorbuje najwięcej energii. Im mniej energii słonecznej jest odbijane w całości, tym bardziej podsyca to globalne ocieplenie. To by wyjaśniało 0,2 stopnia Celsjusza w rachunku klimatycznym na rok 2023.

Mniej śniegu, mniej odbijania słonecznego

Badacze obliczyli: gdyby odbicie światła słonecznego zostało takie samo od grudnia 2020, w połowie roku 2023 byłoby cieplej o około 0,23 stopni Celsjusza. Albedo powierzchni Ziemi wzrasta od 1970 roku, ponieważ śniegu i lodu morskiego w Arktyce jest od tego czasu coraz mniej. To znaczy: mniej białych powierzchni, które odbijają promienie słoneczne. Od 2016 dochodzi jeszcze cofanie lodu morskiego w Arktyce.

„Analiza danych pokazuje, że spadek w regionach polarnych przyczynił się tylko do około 15 procent niedawnego spadku planetarnego albedo”, wyjaśnia Helge Gößling. Słabe odbijanie promieniowani słonecznych musiało więc wynikać z czegoś innego. I rzeczywiście zespół Gößlinga do tego doszedł: do Wszechświata trafia mniej promieni słonecznych, ponieważ jest coraz mniej niższych chmur – czyli cumulus, stratus i stratocumulus.

Niskie chmury ochładzają, a wysokie chmury ocieplają Ziemię

Ilość niskich chmur zmniejszyła się szczególnie w północnych szerokościach geograficznych, w tropikach i nad Atlantykiem. W regionie atlantyckim odnotowano w 2023 niezwykłe rekordy upałów. Pokrycie chmurami na dużych i średnich wysokościach jednak prawie wcale się nie zmniejszyło. A to tylko zaostrza problem. Chmury w wysokich i zimnych warstwach powietrza odbijają część światła słonecznego. Dodatkowo mają jednak działanie rozgrzewające.

Powód: zatrzymują ciepło, które emituje powierzchnia Ziemi, w atmosferze, tak jak koc. Niższe chmury nie mają takiego efektu. „Gdy jest mniej niższych chmur, zanika efekt chłodzenia, dlatego robi się cieplej”, wyjaśnia Gößling. Na przestrzeni ostatnich dziesięciu lat w Europie było coraz mniej takich chmur. 

Czy ocieplenie Ziemi sprawia, że chmury znikają?

Podsumowując: mniej chmur na niższych wysokościach oznacza mniej odbijanego światła słonecznego, a to oznacza z kolei wyższe temperatury na Ziemi. Nie jest jednak jasne, czemu jest mniej niższych chmur.

Jednym z powodów może być to, że w powietrzu jest mniej sadzy i innych cząstek pyłu zawieszonego. Doprowadziły do tego przepisy dotyczące zanieczyszczenia powietrza, takie jak zaostrzone przepisy dotyczące oleju napędowego statków. Takie aerozole działają w atmosferze jak tzw. zarazki kondensacyjne, wokół których gromadzą się kropelki wody, budując w ten sposób chmury. Naturalne wahania i interakcje w oceanie mogły prowadzić do zmniejszenia ilości chmur na niższych wysokościach.

Według Gößlinga, badacza AWI, takie wyjaśnienie jednak nie wystarcza. Przyjmuje on jeszcze jeden, trzeci mechanizm, który kryje się za zanikaniem na cumulusa, stratusa i innych: samo globalne ocieplenie. Takie sprzężenie zwrotne między globalnym ociepleniem a chmurami również sugerowały niektóre modele klimatyczne. Jeśli to sprzężenie zwrotne faktycznie jest odpowiedzialne za spadek efektu albedo, Gößling mówi, „musimy w przyszłości liczyć się z silnym ociepleniem”.

Udało się osiągnąć granicę 1,5 stopnia szybciej, niż myślano

To nie oznacza, że w najbliższym czasie nastąpi globalne ocieplenie o 8 lub więcej stopni, mówi Gößling. Ale: „wśród zróżnicowanych modelów klimatycznych, spotyka się takie, które przepowiadają szybkie wzrosty temperatury. Możemy już więc być bliżej stałego globalnego ocieplenia o około 1,5 stopnia Celsjusza, niż sądziliśmy”.

Naukowcy podkreślają, że w tej sytuacji zaleca się pilnie podjąć szybkie i zdecydowane działania w walce z kryzysem klimatycznym. By móc osiągnąć ustalony w paryskim porozumieniu klimatycznym limit ocieplenia, wynoszący 1,5 stopnia, emisje gazów cieplarnianych powinny być znacznie niższe. I, według Gößlinga: “Środki zapobiegające skutkom przewidywanych ekstremalnych zjawisk pogodowych staną się jeszcze pilniejsze”.