L'Artico è cambiato a un ritmo più veloce rispetto al resto del pianeta. Le nuvole influiscono sul bilancio energetico della superficie e, così, lo scioglimento o la crescita del ghiaccio terrestre e oceanico. Molte nuvole artiche sono "fase mista, " costituito contemporaneamente da particelle di ghiaccio e liquido. Prevedere correttamente la partizione della massa e le transizioni tra queste due fasi è fondamentale per comprendere gli impatti delle nuvole sul clima artico. Perché? Perché le particelle di ghiaccio e le goccioline di liquido disperdono e assorbono l'energia solare e infrarossa in modo sostanzialmente diverso Un team ha scoperto che il movimento su larga scala delle masse d'aria che hanno diverse concentrazioni di aerosol e umidità è una grande influenza sulla fase delle nuvole. Importanti erano anche i processi su scala più piccola che hanno influenzato il tempo in cui una particella di ghiaccio è rimasta sospesa nella nuvola .

Gli esperti si sono riuniti e hanno determinato i processi chiave che controllano la partizione del ghiaccio e delle particelle liquide nelle nuvole artiche. Lo studio ha esaminato in modo specifico l'interazione tra processi su larga scala e su scala locale per identificare quali processi microfisici su piccola scala sono più importanti da acquisire per i modelli globali per simulare meglio la fase cloud corretta nei modelli. Lo studio ha anche identificato che sono auspicabili migliori osservazioni dei parametri chiave dell'aerosol per comprendere meglio come le interazioni aerosol-nube guidano le transizioni nella fase nuvolosa. I risultati dello studio offrono spunti per rappresentare meglio le nuvole artiche nei modelli numerici del sistema meteorologico e terrestre.

Molte nuvole artiche sono in fase mista. Prevedere correttamente la partizione della massa e le transizioni tra queste due fasi è fondamentale per comprendere gli impatti delle nuvole sul clima artico perché le particelle di ghiaccio e le goccioline di liquido influiscono sul trasferimento radiativo atmosferico in modi sostanzialmente diversi. Il team ha scelto di concentrarsi su una nuvola a fase mista stratiforme persistente osservata presso il sito di misurazione delle radiazioni atmosferiche (ARM) del DOE a Barrow, Alaska, l'11-12 marzo, 2013. Questo caso è di particolare interesse perché è stata osservata una sostanziale variabilità temporale nello strato di nubi liquide e le precipitazioni di ghiaccio associate durante le 37 ore della durata della nube.

Il team ha utilizzato un'ampia suite di strumenti di telerilevamento a terra, compresi i radar lidar e multifrequenza a puntamento verticale e scansione operati presso l'osservatorio atmosferico ARM North Slope of Alaska a Barrow, combinato con le informazioni sulla diffusione e l'assorbimento della luce degli aerosol dagli strumenti della National Oceanic and Atmospheric Administration. Per fornire un contesto su larga scala per il caso di studio e per esaminare processi importanti in modo più dettagliato, sono stati utilizzati più approcci di modello. Le simulazioni di modelli ad area limitata vengono utilizzate per identificare i processi che causano la discesa dello strato di nubi, nonché il ruolo della forzatura superficiale e su larga scala nelle precipitazioni osservate e nelle transizioni di partizionamento di fase. Le previsioni a breve termine del modello di monitoraggio della composizione atmosferica e del clima (MACC) vengono utilizzate per ottenere una prospettiva più ampia sul trasporto di aerosol a e intorno a Barrow durante il periodo di studio del caso, e aiutano a capire fino a che punto i cambiamenti osservati localmente nella quantità e nel tipo di aerosol potrebbero essere attribuiti all'avvezione rispetto all'elaborazione locale.

Le risorse di osservazione e modellazione sono state riunite per comprendere i processi che controllano il partizionamento della fase cloud e la sua transizione nel tempo. L'evidenza suggerisce che tre fattori principali hanno contribuito al brusco cambiamento nel partizionamento di fase per questo caso di studio:

1. Ha avuto un ruolo l'avvezione su larga scala di diverse masse d'aria con diverso contenuto di umidità e indicazioni di diverse concentrazioni di aerosol. Durante il periodo di più alto contenuto di ghiaccio e acqua liquida, la massa d'aria sopra Barrow aveva una concentrazione di aerosol relativamente alta ed era supportata da avvezione umida a livello delle nuvole.
2. Processi su scala cloud, in particolare lo stato di accoppiamento termodinamico nube-superficie, cambiato al momento di questa transizione di massa d'aria.
3. Tempo di permanenza delle particelle di ghiaccio, che è legato alle dinamiche a scala locale, era importante nel cambiamento di partizione di fase.

Il team ha scoperto che il percorso dell'acqua ghiacciata simulato era più alto durante i periodi di forti correnti ascensionali che hanno dominato durante la prima parte del caso di studio. Dopo il passaggio, le correnti ascensionali si sono indebolite e i cristalli di ghiaccio sono caduti più rapidamente dal sistema di nuvole. Il team ha scoperto che la schermatura radiativa di un cirro il 12 marzo e l'influenza del ciclo solare erano di minore importanza per la modulazione della turbolenza nella nube a fase mista, e quindi probabilmente non ha giocato un ruolo chiave nella transizione. Una mancanza di osservazioni sulle proprietà dell'aerosol, comprese le concentrazioni di nuclei di ghiaccio e i profili verticali delle concentrazioni e delle dimensioni delle particelle di aerosol, rappresenta una grande sfida per la comprensione delle transizioni di fase. Inoltre, questo caso di studio suggerisce che anche l'interazione delle proprietà microfisiche della nuvola indotte dall'aerosol con i processi dinamici e termodinamici della nuvola può essere di fondamentale importanza.