Хотя большинство людей почти не задумываются об этом, массы конденсированного водяного пара, плавающие в атмосфере, играют большую роль в глобальном потеплении.

Предсказание того, насколько сильно потеплеет климат Земли, жизненно важно для того, чтобы помочь человечеству подготовиться к будущему. Это, в свою очередь, требует решения проблемы основного источника неопределенности в прогнозировании глобального потепления: облаков.

Некоторые облака способствуют похолоданию, отражая часть энергии Солнца обратно в космос. Другие способствуют потеплению, действуя как одеяло и задерживая часть энергии земной поверхности, усиливая парниковый эффект.
Части головоломки

"Облака очень сильно взаимодействуют с климатом, - говорит доктор Сандрин Бони, климатолог и директор по исследованиям Национального центра научных исследований Франции (CNRS) в Париже.

Они влияют на структуру атмосферы, воздействуя на все - от температуры и влажности до атмосферных циркуляций.

А климат, в свою очередь, влияет на то, где и какие типы облаков образуются, по словам Бони, ведущего автора удостоенного Нобелевской премии мира доклада об оценке, проведенной в 2007 году Межправительственной группой экспертов ООН по изменению климата.

На изменение климата может влиять так много процессов и контуров обратной связи, что полезно разбить проблему на более мелкие части.

"Каждый раз, когда нам удается лучше понять одну из частей, мы уменьшаем неопределенность всей проблемы", - говорит Бони, который координировал проект EUREC4A, завершившийся в прошлом году.

Несколько лет назад Бони и ее коллеги обнаружили, что небольшие пушистые облака, распространенные в регионах пассатов, вызывают одни из самых больших уровней неопределенности в климатических моделях. Эти облака известны как кучевые облака.

Хотя кучевые облака небольшие и относительно не заметные, они многочисленны и очень широко распространены в тропиках, по словам Бони. Поскольку этих облаков так много, то, что происходит с ними, потенциально оказывает огромное влияние на климат.

EUREC4A использовала дроны, самолеты и спутники для наблюдения за торговыми кучевыми облаками и их взаимодействием с атмосферой над западной частью Атлантического океана, недалеко от Барбадоса.

Многие модели предполагают, что структура и количество этих облаков будут значительно изменяться по мере потепления глобальной температуры, что приведет к возможным петлям обратной связи, усиливающим или ослабляющим изменение климата. Модели, прогнозирующие сильное уменьшение количества таких облаков по мере роста температуры, обычно предсказывают более высокую степень глобального потепления.
Хорошие новости

Но Бони и ее коллеги обнаружили, что кучевые облака изменяются гораздо меньше, чем ожидалось, по мере потепления атмосферы.

"В каком-то смысле это хорошая новость, потому что процесс, который, как мы думали, может быть ответственен за значительное усиление глобального потепления, похоже, не существует, - сказала она.

Что еще более важно, это означает, что климатологи теперь могут использовать модели, которые более точно отражают поведение этих облаков при прогнозировании последствий изменения климата.

По словам Бони, уменьшение этого элемента неопределенности в прогнозах глобальных масштабов потепления сделает более точными прогнозы местных последствий, таких как тепловые волны в Европе.

"Увеличение частоты тепловых волн очень сильно зависит от масштабов глобального потепления", - сказала она. "А величина глобального потепления очень сильно зависит от реакции облаков".
Вода и лед

Тем временем профессор Труде Сторелвмо, ученый-атмосферист из Университета Осло в Норвегии, изучает процессы внутри облаков другого типа - облаков со смешанной фазой, чтобы помочь улучшить климатические модели.

Ее увлекает то, как процессы в облаках, происходящие на крошечном, микрометровом уровне, могут оказывать такое большое влияние на атмосферные и климатические процессы глобального масштаба.

Смешанно-фазовые облака содержат как жидкую воду, так и лед и отвечают за большинство осадков по всему миру. В последние годы стало ясно, что они также играют важную роль в изменении климата.

Сторелвмо координировал проект MC2, который продолжался пять лет до прошлого месяца и позволил выяснить новые подробности о том, как облака со смешанной фазой реагируют на повышение температуры. Полученные результаты подчеркивают срочность перехода к низкоуглеродному обществу.

Чем больше жидкой воды содержится в облаках со смешанной фазой, тем больше они отражают. А отражая больше солнечного излучения от Земли, они охлаждают атмосферу.

"По мере нагревания атмосферы эти облака, как правило, смещаются от льда к жидкости", - говорит Сторелвмо. "Тогда облака также становятся более отражающими и оказывают более сильный охлаждающий эффект".

Но несколько лет назад Сторелвмо и его коллеги обнаружили, что большинство глобальных климатических моделей переоценивают этот эффект. MC2 запустил воздушные шары в облака со смешанной фазой и использовал данные дистанционного зондирования со спутников для изучения их структуры и состава.

Исследователи обнаружили, что в современных климатических моделях смесь воды и льда в смешанно-фазовых облаках, как правило, более однородна и менее сложна, чем в реальных облаках, что приводит к завышенным оценкам количества льда в облаках.

Поскольку облака в этих моделях теряют больше льда, при моделировании их нагревания изменение отражательной способности происходит сильнее, чем в реальных облаках, сообщает Storelvmo. Это означает, что модели переоценивают демпфирующий эффект, который облака со смешанной фазой оказывают на изменение климата.

Когда команда включила более реалистичные данные об облаках в климатические модели и подвергла их имитации потепления, они сделали еще один важный вывод: увеличение отражательной способности облаков со смешанной фазой ослабевает с потеплением.

Если при умеренном потеплении эффект демпфирования высоких температур довольно силен, то по мере усиления потепления это уже не так.

Наступает момент, когда весь лед в облаке тает, и охлаждающий эффект ослабевает, а затем полностью исчезает. Когда именно это произойдет - вопрос для будущих исследований.

Но, по словам Сторелвмо, это усиливает необходимость срочного сокращения выбросов парниковых газов.

"Наши результаты показывают, что если мы просто позволим выбросам парниковых газов продолжаться, то это будет не просто линейное и постепенное потепление - может произойти быстрое ускорение потепления, когда вы достигнете определенной точки", - сказала она. "Нам действительно необходимо избежать достижения этой точки любой ценой".

По мере того, как новые данные об облаках, подобные этим, будут интегрированы в модели, климатические прогнозы, используемые политиками, станут более точными.