Prognozy pogody mogą się nie sprawdzać z powodu smogu. Naukowcy wiedzą już jak to działa

Choć na tle wielu lat meteorolodzy poczynili olbrzymi postęp w trafnym prognozowaniu pogody, to jednak wciąż pozostawiają one wiele do życzenia, o czym możemy się przekonać, gdy niespodziewanie spada na nas deszcz, który nie był przewidywany.

Prognozy numeryczne, które są dzisiaj standardem w meteorologii, przygotowywane są przez superkomputery na podstawie wprowadzonych do nich danych o stanie atmosfery. Niestety, nie wszystkie procesy w niej zachodzące poznaliśmy, a to ma niebagatelny wpływ na jakość prognoz.

Okazuje się, że w prognozach pogody miesza nie tylko to, co dzieje się nad naszymi głowami, ale także my sami, np. emitując pyły, które powodują formowanie się chmur. To jak duże mamy zachmurzenie nieba uzależnione jest od tego, ile wyemitujemy dymu z pieców węglowych czy też pary wodnej z kominów fabryk i elektrowni.

Fot. TwojaPogoda.pl

Naukowcy postanowili zbadać nasz wkład w pogodę za pomocą dwóch satelitów, Cloud-Aerosol Lidar i Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO) oraz CloudSat. CALIPSO wykorzystuje instrument zwany lidarem, za pomocą którego mierzy dym, pył, zanieczyszczenia i inne mikroskopijne cząstki w powietrzu, które określane są jako aerozole. Z kolei CloudSat wykorzystuje radar do mierzenia lokalizacji i wysokości chmur.

Ogólny wniosek z badań jest zaskakujący, ponieważ smog ma znaczący wpływ na pogodę, i to nie w takiej formie, jak nam się dotychczas wydawało. Okazuje się, że niewielkie zanieczyszczenie powietrza przyspiesza rozwój chmur kłębiasto-deszczowych Cumulonimbus, które są najpotężniejszymi chmurami w arsenale pogodowym, przynoszącymi burze.

Jednak, gdy zanieczyszczenie powietrza jest duże lub bardzo duże, rozwój chmur z jego powodu może zostać ograniczony. To drugie odkrycie obala dotychczasowe teorie, zgodnie z którymi nad metropoliami z silnie skażonym powietrzem chmury burzowe mogą przynosić gwałtowniejsze zjawiska. Oczywiście jest to możliwe, ale nie z powodu smogu, lecz innych czynników, np. temperatury.

Bez smogu nie byłoby chmur

Zanieczyszczenie powietrza nie jest takie złe, i chociaż przyczynia się one do chorób układu oddechowego i krążenia oraz skraca nam życie, to jednak egzystencja na naszej planecie nie mogłaby się bez niego obejść.

Fot. Max Pixel.

Bo sterylnie czysta atmosfera ziemska zgotowałaby nam kataklizm, jakiego nie potrafimy objąć rozumem. Ze szkoły podstawowej wiemy, że woda zaczyna zamarzać, gdy temperatura spada poniżej zera i wówczas nazywamy ją lodem.

Jednak od każdej żelaznej reguły zdarzają się odstępstwa. Tak jest również w przypadku zamarzania wody. Aby proces ten w ogóle mógł się rozpocząć, potrzebne jest jądro kondensacji, a więc właśnie wspomniane wcześniej zanieczyszczenie, chociażby w postaci pyłku.

Przyczepiają się do niego drobne krople wody, jedna po drugiej, które przy ujemnej temperaturze krystalizują, zmieniając się w grad. W ekstremalnie czystej atmosferze, krople przechłodzonej wody, mogłyby spadać na ziemię nawet przy temperaturze minus 40 stopni. Ulegałyby zamarznięciu, tworząc pokrywę lodową, czyli gołoledź, powodując totalny paraliż.

Każdy aerozol ma inne właściwości

Naukowcy zwracają uwagę, że istnieje bardzo wiele odmian aerozoli, od pyłu wulkanicznego przez sól morską po pyłki, które mają różne rozmiary, kształty, kolory i inne cechy. Wpływają one na sposób interakcji z chmurami. Nawet jeden rodzaj aerozolu może zachowywać się różnie np. w zależności od wysokości w atmosferze.

Fot. Max Pixel.

Przykładowo cząstki dymu, czyli tzw. sadza, jest na tyle ciemna, że pochłania znaczną część promieniowania słonecznego, ogrzewając się i tym samym otaczające je powietrze. Duża ilość pyłów z kolei blokuje dopływ światła słonecznego do powierzchni ziemi, ochładzając ją i zmniejszają kontrast termiczny między ziemią a powietrzem.

Tymczasem, aby chmury mogły się formować powierzchnia ziemi musi być cieplejsza od powietrza, ponieważ tylko wtedy zachodzi proces konwekcji, a więc promieniowania ciepła, które zmienia się w parę wodną, a ta następnie skrapla się tworząc obłoki.

To oznacza, że nad najbardziej zanieczyszczonymi metropoliami toksyczna kołderka ogranicza dopływ promieni słonecznych do ziemi, ochładza grunt i spowalnia rozwój chmur. To bardzo istotne odkrycie.

Natomiast emitowane przez człowieka siarczany i azotany, w przeciwieństwie do sadzy, nie pochłaniają aż tak dużo promieniowania cieplnego, a ich umiarkowane ilości w atmosferze przyczyniają się do rozwoju chmur.

Fot. Max Pixel.

Naukowcy przeanalizowali również pustynny pył. W tym przypadku też wyjaśniono sporo zagadek. Pył znad Sahary bywa jaśniejszy i lżejszy od pyłu znad pustyni Gobi, który z kolei jest od niego większy i ciemniejszy. Saharyjski pył może rozpraszać światło, ale nie ogrzewa przy tym powietrze, w przeciwieństwie do azjatyckiego pyłu, który pochłania więcej promieniowania i ogrzewa otaczające go powietrze.

Teraz przed badaczami kolejne trudne zadanie, ponieważ muszą oni przełożyć wiedzę o odkrytych zależnościach na język, który zrozumieją superkomputery. Poprawna asymilacja tych danych pomoże po raz kolejny poprawić sprawdzalność prognoz pogody, z czego wszyscy powinniśmy być zadowoleni.

Źródło: TwojaPogoda.pl / Nature Communications.