Aerossóis aumentam o tamanho das células das nuvens, causando maior resfriamento radiativo em condições poluídas

Aerossóis, frequentemente emitidos junto com gases de efeito estufa, podem clarear nuvens e causar resfriamento significativo. No entanto, a incerteza associada às interações aerossol-nuvem (ACIs) é grande e potencialmente significativa o suficiente para mascarar uma porção considerável do aquecimento relacionado aos gases de efeito estufa.

Uma concentração maior de aerossol geralmente suprime a precipitação e aumenta a abundância de gotículas nas nuvens que passam sobre a Ilha Graciosa nos Açores, onde um local de Medição de Radiação Atmosférica (ARM) fornece medições terrestres contínuas das propriedades do aerossol e da nuvem. Simulações de modelos de atmosfera em escala quilométrica capturam a estrutura de mesoescala das nuvens e mostram concordância com observações de satélite e aeronaves das propriedades da nuvem e do aerossol.

Esses resultados enfatizam a importância de abordar transições de estado de nuvem em mesoescala na quantificação de impactos crescentes de aerossóis na reflexão de nuvens, o que não pode ser obtido por meio de modelos climáticos tradicionais executados em escalas mais grosseiras.

Pesquisadores desenvolveram uma estrutura Lagrangiana que rastreia o ACI ao longo das trajetórias de parcelas aéreas e o incorporaram ao modelo Weather Research Forecast (WRF). As descobertas são publicadas no periódico Química e Física Atmosférica.

Esta estrutura incorpora recuperações de satélites geoestacionários e em órbita polar, bem como medições de aeronaves feitas durante os Períodos de Operação Intensiva de nuvens e aerossóis ao longo de sua vida útil, fornecendo assim uma nova restrição necessária para quantificar e entender conexões causais altamente não lineares entre água das nuvens, precipitação e aerossóis.

Os resultados revelam que, à medida que o aerossol aumenta nas simulações, a garoa é suprimida nas nuvens, causando aumento da velocidade vertical e destreinamento próximo ao topo da camada limite planetária. A área da célula de nuvem marinha se expande, estreitando a lacuna entre nuvens rasas e aumentando a reflexão da radiação solar para o espaço.

Essas descobertas fornecem insights sobre a força e a fraqueza do modelo, que são úteis para os esforços de desenvolvimento de modelos para melhorar os processos de controle de nuvens, de modo que as projeções futuras de mudanças climáticas sejam melhor compreendidas e quantificadas.

Uma série de experimentos WRF foram realizados em escalas de quilômetros, aumentando as concentrações de aerossol em 10 estudos de caso coincidindo com medições de aeronaves feitas durante os Experimentos de Aerossol e Nuvem no Atlântico Norte Oriental (ACE-ENA). Esses experimentos determinaram a sensibilidade dos impactos de aerossol nas propriedades microfísicas e dinâmicas das nuvens stratocumulus marinhas.

Em geral, os resultados mostraram que a precipitação é fortemente suprimida e as nuvens se expandem para regiões que de outra forma não teriam nuvens. Isso resulta em aumentos significativos no caminho da água líquida e na fração de nuvens que, quando considerados juntos em cálculos de forçamento radiativo, fornecem uma contribuição significativa para o efeito indireto total do aerossol. Apesar da ampla gama de condições termodinâmicas, essa resposta foi encontrada, mas foi mais fraca em dias com menos precipitação.

O papel da precipitação em ACIs deve ser considerado ao parametrizar modelos climáticos usando resoluções de escala mais grosseira que são incapazes de capturar os detalhes complexos das estruturas de mesoescala nas nuvens simuladas usando WRF.

A nova estrutura dos pesquisadores é altamente versátil e pode ser aplicada a regiões terrestres com observações ARM, de modo que uma investigação mais profunda sobre ativação de aerossóis, processos de chuva quente e/ou representações de turbulência pode ser explorada mais profundamente em trabalhos futuros.