Ученые подтвердили диффузионное осветление облаков стратосферными аэрозолями

Если распылить аэрозоли в стратосфере на высоте 20–21 километра, то они не только отразят часть солнечной радиации обратно в космос, но и будут рассеивать свет, из-за чего тот упадет на облака под более крутым углом — это повысит альбедо облаков примерно на 10 процентов и окажет дополнительное охлаждающее действие на климат. Возможно, подобное диффузионное осветление облаков сработает и в тропосфере, если распылять аэрозоли чуть выше границы облаков, говорится в статье, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters.

Снижение антропогенных выбросов парниковых газов — приоритетный, но не единственный способ ослабить потепление и смягчить его последствия. Люди могут пытаться напрямую влиять на климатическую систему Земли, и одним из наиболее проверенных способов это сделать стало воздействие на облака. Облака оказывают значительное радиационное воздействие на климат. Часть тепла они поглощают и излучают вниз (это называется нисходящим длинноволновым излучением), но большую часть отражают из-за высокого альбедо.

Два наиболее распространенных способа усилить отражение солнечной радиации — осветление морских облаков (Marine Cloud Brightening, MCB) и распыление аэрозолей в стратосфере (Stratospheric Aerosol Injection, SAI). Они оба сводятся к распылению аэрозолей. При морском осветлении аэрозоли нужно вводить непосредственно в приповерхностные облака над океанами, чтобы делать их «кучнее», то есть увеличить число ядер конденсации и микрофизические свойства облаков. Второй же способ предполагает распыление аэрозолей в стратосфере на высоте около 20 километров, чтобы они отражали часть солнечного света.

Джейк Гристи (Jake Gristey) и Грэм Фейнголд (Graham Feingold) из Колорадского университета предположили, что отражение солнечной радиации — не единственный механизм, по которому распыление аэрозолей в стратосфере способно охладить климат. Часть солнечного света не отражается от аэрозолей наверх, но после прохождения через их слой падает на облака под измененным углом, потому что рассеивается, то есть прямая солнечная радиация может частично переходить в диффузную.

Авторы назвали это явление «диффузионным осветлением облаков». Для проверки своей гипотезы ученые провели моделирование взаимодействия фотонов, которые прошли через слой распыленных на высоте 20–21 километров аэрозолей, с облаками на высоте от километра до двух в программном пакете SBDART.

Моделирование подтвердило существование диффузионного осветления облаков. Из-за столкновения с аэрозолями свет входит в облака под более крутым углом и увеличивает их альбедо, а прямого взаимодействия между аэрозолями и облаками и образования новых ядер конденсации в них при этом не происходит. Рост отражения света облаками из-за диффузионного осветления облаков авторы оценили примерно в 10 процентов. Без распыления аэрозолей в стратосфере лишь 6,4 процента света, достигающего верхней границы облаков, является диффузным, а после прохождения через аэрозоли эта доля увеличивается до 59, 1 процента.

Авторы отметили, что открытый ими эффект не предполагает дополнительного охлаждения климата, потому что диффузионное осветление облаков уже было включено в глобальные модели климата, оно просто не было описано. Но теперь открываются новые перспективы использования аэрозолей: если распылять их в стратосфере или даже тропосфере выше границы морских облаков, то можно охладить атмосферу без таких нежелательных побочных эффектов как усиление осадков.

Это уже не первый случай, когда ученые обнаруживают новый естественный механизм охлаждения климата, связанный с облаками. В начале года они выяснили, что над сушей облака могут частично нивелировать последствия потепления за счет уменьшения нисходящего длинноволнового излучения. На примере обширной области Великих равнин охлаждающий эффект составляет в среднем −1,77 ± 1,15 ватт на квадратный метр за десятилетие.