I ricercatori hanno utilizzato sia i dati di rianalisi che le immagini satellitari dal 1986 al 2005 per calcolare i cicli diurni medi delle nuvole in ogni stagione in tutto il mondo. La rianalisi (sopra) mostra (da sinistra a destra) la media (media), deviazione standard (ampiezza) e fase (tempi) della copertura nuvolosa globale per stagione. La scala dei colori indica una copertura da bassa (blu) ad alta (rosso), ampiezza e tempi. La maggior parte dei modelli suggerisce che le nuvole sono più dense sulla terra al mattino presto. Lo studio di Princeton ha mostrato, però, che la nuvolosità raggiunge i picchi più frequenti nel pomeriggio. Credito:Jun Yin, Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale
I ricercatori della Princeton University hanno scoperto che i modelli climatici utilizzati dagli scienziati per proiettare le condizioni future sul nostro pianeta sottovalutano l'effetto di raffreddamento che le nuvole hanno su base giornaliera e persino oraria, in particolare su terra.
I ricercatori riferiscono sulla rivista Comunicazioni sulla natura 22 dicembre che i modelli tendono a considerare troppo il calore quotidiano del sole, che risulta più caldo, condizioni più asciutte di quelle che potrebbero effettivamente verificarsi. I ricercatori hanno scoperto che le imprecisioni nella contabilizzazione del diurno, o giornalmente, il ciclo delle nuvole non sembra invalidare le proiezioni climatiche, ma hanno aumentato il margine di errore per uno strumento cruciale che gli scienziati usano per capire come il cambiamento climatico ci influenzerà.
"È importante ottenere il risultato giusto per il motivo giusto, " ha detto l'autore corrispondente Amilcare Porporato, un professore di ingegneria civile e ambientale e il Princeton Environmental Institute. "Questi errori possono tradursi in altri cambiamenti, come proiettare tempeste sempre più deboli. Ci auguriamo che i nostri risultati siano utili per migliorare il modo in cui vengono modellati i cloud, il che migliorerebbe la calibrazione dei modelli climatici e renderebbe i risultati molto più affidabili".
Porporato e primo autore Jun Yin, assegnista di ricerca post-dottorato in ingegneria civile e ambientale, ha scoperto che non catturare accuratamente il ciclo giornaliero delle nuvole fa sì che il sole bombarda la Terra con 1-2 watt in più di energia per metro quadrato. Si stima che l'aumento di anidride carbonica nell'atmosfera dall'inizio dell'era industriale produca 3,7 watt in più di energia per metro quadrato. "L'errore qui è la metà di quello, quindi in quel senso diventa sostanziale, " Disse Porporato.
Yin e Porporato hanno intrapreso il loro studio dopo aver frequentato un seminario sulla copertura nuvolosa e la sensibilità climatica. "L'oratore ha parlato molto di dove sono le nuvole, ma non quando, Yin ha detto. "Pensavamo che il tempismo fosse altrettanto importante e siamo rimasti sorpresi di scoprire che c'erano meno studi su questo".
Le nuvole cambiano durante il giorno e di giorno in giorno. I modelli climatici fanno un buon lavoro nel catturare la copertura nuvolosa media, Yin ha detto, ma mancano picchi importanti nella copertura nuvolosa effettiva. Questi picchi possono avere un effetto drammatico sulle condizioni quotidiane, come nel primo pomeriggio durante la parte più calda della giornata.
"Gli scienziati del clima hanno le nuvole, ma mancano i tempi, "C'è una forte sensibilità tra il ciclo giornaliero delle nuvole e la temperatura", ha detto Porporato. È come una persona che si mette una coperta di notte o usa un parasole durante il giorno. Se ti manca, Fa una differenza enorme."
I ricercatori hanno utilizzato immagini satellitari del periodo 1986-2005 per calcolare i cicli diurni medi delle nuvole in ogni stagione in tutto il mondo. Yin ha analizzato la copertura nuvolosa a intervalli di tre ore, guardando più di 6, 000 punti sul globo che misurano 175 miglia per 175 miglia ciascuno.
Yin e Porporato hanno confrontato le medie ottenute con quelle di nove modelli climatici utilizzati dagli scienziati del clima. La maggior parte dei modelli ha la copertura più fitta che si verifica al mattino sulla terraferma piuttosto che nel primo pomeriggio, quando le nuvole proteggono la Terra dal calore più intenso del sole. "Una piccola differenza di tempo può avere un grande impatto radiativo, "Ha detto Yin.
I ricercatori hanno in programma di esplorare l'effetto che diversi tipi di nuvole hanno sulle proiezioni dei modelli climatici, così come il modo in cui i cicli delle nuvole influenzano la variazione di anno in anno della temperatura della Terra, soprattutto in relazione alle precipitazioni estreme.
Gabriel Katul, professore di idrologia e micrometeorologia alla Duke University, ha detto che "l'importanza è piuttosto alta" di modellare accuratamente il ciclo giornaliero delle nuvole. Katul non è stata coinvolta nella ricerca, ma ne è a conoscenza.
Il ciclo delle nuvole può indicare carenze nella caratterizzazione del riscaldamento superficiale e del vapore acqueo atmosferico, entrambi necessari per la formazione delle nuvole, Egli ha detto. Entrambi i fattori determinano anche il modo in cui la porzione più bassa dell'atmosfera terrestre, nota come strato limite atmosferico, interagisce con la superficie del pianeta.
"La modellizzazione della crescita e del collasso dello strato limite è piena di difficoltà perché coinvolge processi complessi che devono essere eccessivamente semplificati nei modelli climatici, " disse Katul. "Allora, esplorare i tempi della formazione e dello spessore delle nuvole è significativo su scala diurna proprio perché quelle scale temporali sono le più rilevanti per la dinamica dello strato limite e per lo scambio di calore e vapore acqueo superficie-atmosfera".
Quando si tratta di nuvole, i modelli climatici si sono in genere concentrati su meccanismi, aree spaziali e tempistiche, come l'inquinamento atmosferico e la microfisica, centinaia di chilometri quadrati, e stagioni, rispettivamente, che sono più grandi e più generalizzate, ha detto Katul. "Ci sono ragioni pratiche per cui i confronti dei modelli di dati sono stati condotti in modo da mascherare la variazione diurna nelle nuvole, " ha detto. "La variazione diurna è stata in qualche modo mascherata dal fatto che gran parte delle prestazioni del modello climatico è stata riportata su medie a lungo termine e su larga scala".
Catturando i tempi e lo spessore del ciclo giornaliero delle nuvole su scala globale, però, Yin e Porporato hanno fornito agli scienziati uno strumento per confermare se i modelli climatici ritraggono adeguatamente la formazione delle nuvole e l'interazione tra le nuvole e l'atmosfera.
"La copertura globale e l'enfasi sia su 'tempi' che su 'importo' sono notevoli. Per quanto ne so, questo è il primo studio ad esplorare questa molteplicità di modelli in modo così coerente, "Ha detto Katul. "Sono sicuro che questo tipo di lavoro offrirà nuove prospettive per migliorare la rappresentazione delle nuvole. Non sarei sorpreso di vedere questo documento molto citato nel futuro IPCC [U.N. Rapporti del Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici].
La carta, "Distorsioni del ciclo delle nuvole diurne nei modelli climatici, " è stato pubblicato online il 22 dicembre da Comunicazioni sulla natura .
