Хмари – одна з найбільших загадок клімату Землі. Це ефемерне явище містить сотні, навіть тисячі тонн води у вигляді завислих крапель, що плавають в атмосфері, ніби уві сні. Вони відіграють подвійну роль: з одного боку, відбивають сонячну енергію назад у космос, охолоджуючи атмосферу (низькі хмари), а з іншого – затримують енергію від землі, нагріваючи її (високі хмари).

Локально, переважання одного з ефектів залежить від їхньої природи: розміру, розташування, кількості води. Наприклад, шторм може приховувати мільйон тонн лютої води. Наразі, якщо розглядати всі хмари планети, наукові дані свідчать про переважання охолодження. Поверхня Землі холодніша з хмарами, ніж без них. Однак, їхній вплив на клімат надзвичайно складний і вносить значну невизначеність у кліматичні моделі та прогнози. Крім того, як хмари впливають на клімат, так і зміни клімату впливають на хмари, і невідомо, як розвиватимуться ці відносини на Землі, що стає все гарячішою.

У нещодавньому дослідженні, опублікованому в журналі Climate Dynamics, дослідники з Інституту космічних досліджень імені Годдарда НАСА та Стокгольмського університету проаналізували понад 30 років знімків хмар, зроблених метеорологічними супутниками НАСА (Terra, Aqua, CALIPSO, серед інших). Вони стверджують, що виявили звуження однієї з найстійкіших смуг хмар на Землі: білої смуги, яка оточує екватор, наче обійми. За словами кліматологів, це зникнення – яке оцінюється в 1,5% за десятиліття – дозволяє більшій кількості сонячного світла проникати, оскільки воно менше відбивається, що ще більше нагріває атмосферу, посилюючи спіраль глобального потепління. Вони також виявили інші зміни в структурі хмар, такі як зсув від середніх широт до полюсів.

Зникнення хмар може мати більше наслідків, крім того, що робить небо сумним для художників і поетів. Прилади космічних агентств десятиліттями виявляють іншу таємницю: дисбаланс між сонячною енергією, яку отримує Земля, і тією, яку вона випромінює. Оскільки баланс здається зрозумілим: входить більше, ніж виходить.

Значна частина приписується людській діяльності, викидам парникових газів і втраті величезних мас відбиваючого льоду, як в Арктиці, що призводить до надходження більшої кількості енергії на поверхню Землі, але решта незрозуміла. Дослідники задаються питанням, чи є зникнення хмар фактором, якого не вистачає для пояснення цього, що збігається з іншими дослідженнями, такими як це, опубліковане в Surveys in Geophysics кілька місяців тому кліматологами з Дослідницького центру Ленглі НАСА.

У небі є більше, ніж краплі води. Аерозолі – це частинки, які плавають в атмосфері: пил, який вітри переносять з пустель, сяючі уламки від пожеж, що пожирають Каліфорнію, викиди вулканів, пилок, викиди транспорту та сільського господарства…

«Аерозолі сприяють утворенню хмар, але також відбивають і затримують енергію, тому обидва взаємно впливають один на одного», — пояснює Кармен Кордоба Хабонеро, дослідниця з відділу досліджень та атмосферного приладобування INTA. Щоб вивчити турбулентну складність тріо хмари-аерозолі-радіація для впливу на клімат, Європейське космічне агентство (ESA) та японське JACSA запустили в травні супутник EarthCARE, який зараз обертається на висоті 400 км над поверхнею Землі.

EarthCARE розшифровується як Earth Cloud Aerosol and Radiation Explorer (Дослідник хмар, аерозолів і радіації Землі). Він має чотири прилади на борту: атмосферний лідар, який вимірює положення хмар і аерозолів по висоті; радар профілю хмар, щоб бачити їх зсередини; камери для зйомки мультиспектральних, дуже детальних зображень у різних довжинах хвиль світла, і широкосмуговий радіометр, який вимірює сонячне випромінювання з космосу та інфрачервоне випромінювання із Землі. Кордоба Хабонеро є однією з відповідальних за фазу валідації та калібрування цих приладів на землі, в якій зараз перебуває місія.

Вчений також керує проєктом CLAVEL, який щойно був схвалений Державним дослідницьким агентством. CLAVEL базується на вимірюванні хмар та їх взаємодії з двома типами аерозолів: пустельним пилом і морським аерозолем. У проєкті беруть участь дослідники з Університету Евори в Португалії, які підтримують зв'язок з Азорськими островами, а також науковці з острова Реюньйон. «Ель Ареносільо в Уельві, який є станцією INTA для атмосферних досліджень, і Евора є зонами, на які впливає перенесення пилу з Сахари, тоді як Азорські острови та острів Реюньйон є морськими середовищами. CLAVEL базується на вивченні цих двох середовищ у різних місцях», — пояснює дослідниця, додаючи, що «всі ці дослідження, як аерозолів, так і хмар, ми застосували до інших планетарних проєктів, наприклад, до приладів, які є на Марсі, також присвячених пилу або крижаним хмарам. Наші результати на Землі можна екстраполювати на інші середовища. Нам завжди не вистачає фінансування, але ми робимо все, що більш-менш можемо, з наданими ресурсами».

Хосе Луїс Санчес, дослідник фізики атмосфери в Університеті Леона, з 1997 року брав участь у кількох кампаніях з вивчення штормів і проаналізував понад 180 000 градин. Він каже, що зацікавився хмарами, коли в дитинстві жив у Сеговії. «Мене захоплювало, як так може бути, що влітку, коли в деякі дні було дуже спекотно, з неба падав лід. І, крім того, він міг видавати такий жахливий шум, як грім».

Санчес чекає на фінансування проєкту з INTA для тестування антиобмерзаючої системи на дронах, в який він внесе кліматичні моделі спостереження та прогнозування. «Існує тип крапель у хмарах, які знаходяться в рідкій фазі, навіть якщо вони мають дуже низьку температуру. Коли ці краплі потрапляють на літак або дрон, вони можуть замерзнути та утворити величезний льодовий заряд: вони можуть утворити сантиметр льоду за хвилину. Це дуже небезпечно, тому що це зимові хмари, дуже поширені хмари, які виникають, коли надходять зимові холодні фронти», — пояснює він. Ці краплі з'являються в невеликих і швидкоплинних кишенях, діаметром кілька кілометрів, які швидко з'являються і зникають. «Якщо у вас немає обґрунтованого прогнозу, — пояснює Санчес, — вони можуть створити вам деякі проблеми».

Льодове навантаження є одним з найважливіших метеорологічних ризиків в авіації. Комерційні літаки мають системи обігріву, але дрони – ні, що мають проблему з низькою енергетичною автономністю. «Якщо ви встановите систему обігріву, час польоту значно скоротиться. Крім того, дрони були створені як військова ідея, отже, у військових сценаріях це ще одна річ, яка падає з неба. Але коли ми думаємо про цивільне використання, цього не може бути», – додає він.

Вони також працюють над іншим проєктом для виявлення за допомогою супутника зон утворення граду. «Він дуже мінливий: він може випасти в одній частині міста, в іншій – ні, тобто має дуже високу географічну різноманітність і дуже мінливий вплив». Завдяки записам даних зі своїх датчиків граду, деякі з яких існують понад 25 років, як-от у Леріді, вони побачили, що коли є глобальне потепління, як зараз, є більше енергії для того, щоб шторми були більшими, але це обов'язково призводить до випадання більшої кількості граду.

«Оскільки висота, на якій знаходиться температура нуль градусів, через потепління, стає все вищою — я не знаю, чи люди усвідомлюють, що один градус — це багато метрів вище — це, з одного боку, робить шторм більшим, але, з іншого боку, град може розтанути. Чим це закінчиться? У гірських районах він не встигає розтанути, і ми бачимо, що кількість ударів граду зростає. У районах, близьких до низької висоти, на висоті 100 або 200 метрів, він встигає розтанути. Тут ми чітко бачимо, що днів з градом стає все менше, але більше з великим градом: той, який майже ніколи не з'являвся, тепер з'являється час від часу, і великий, я кажу вам, починаючи з півтора-двох сантиметрів у діаметрі, що вже завдає значної шкоди», – підсумовує він. Санчес і його команда знайшли градини діаметром до 10 сантиметрів. У Центральній Європі вони також виявили збільшення утворення градових штормів.