Sobre el océano Atlántico, nubes blancas e hinchadas cruzan el cielo azotadas por vientos alisios invisibles. No son 'particularmente grandes, impresionante o extendido, "dice la Dra. Sandrine Bony, climatólogo y director de investigación del Centro Nacional de Investigaciones Científicas de Francia. "Pero son las nubes más ubicuas de la Tierra".

Las nubes son uno de los mayores interrogantes en los modelos climáticos globales, y un comodín para predecir lo que sucederá con el clima a medida que aumenten las temperaturas. Desempeñan un papel vital en la cantidad de radiación solar que ingresa y queda atrapada en nuestra atmósfera. Cuantas más nubes hay cuanta más radiación rebota en la parte superior y se refleja en el espacio; también significa que si hay más nubes, la radiación reflejada por la Tierra queda atrapada. Históricamente, los investigadores han luchado por comprender las propiedades de la nube, cómo se comportan actualmente, y cómo reaccionarán al aumento de temperatura provocado por el cambio climático.

Todo se reduce a una cuestión de escala, explica el Dr. Bony. Desde las interacciones microscópicas de los átomos hasta las corrientes atmosféricas que actúan a lo largo de miles de kilómetros, muchas fuerzas afectan la forma en que se forman las nubes, su composición y comportamiento.

Las nubes que se asemejan al algodón en el Atlántico, que estudian la Dra. Bony y sus colegas, son un buen ejemplo. "Un pequeño cambio en sus propiedades tiene un gran impacto en el equilibrio radiativo global (el equilibrio entre la cantidad de energía del sol que llega a la atmósfera terrestre y la cantidad que se escapa), ", dijo. Debido a que estas nubes de buen tiempo (conocidas como nubes cumuliformes) son tan comunes, un pequeño cambio tiene un peso estadístico "enorme" en el clima global.

"Es la pregunta más importante, no hay una pregunta más importante, "dijo el profesor Bjorn Stevens, director del Instituto Max Planck de Meteorología en Alemania y co-líder del Dr. Bony en el proyecto EUREC4A que se propuso investigar estas nubes blancas y esponjosas. "Durante 50 años, la gente ha estado haciendo proyecciones climáticas, pero todos ellos han tenido una representación falsa de nubes ". Estas proyecciones, él dice, han sufrido de una comprensión inadecuada de los factores que determinan qué tan nublado será el clima y no se han representado adecuadamente en los modelos.

Experimento de campo

El proyecto EUREC4A, que comenzó como un modesto experimento de campo para medir el movimiento del aire y la nubosidad, atrajo a numerosos socios y amplió su alcance. En el final, abarcaba cinco aviones de investigación tripulados y seis piloteados a distancia, cuatro buques de investigación oceánicos, una flotilla de vagabundos y planeadores, una serie de satélites, y mediciones del Observatorio de Nubes de Barbados.

"El experimento creció en complejidad y alcance para abordar una serie de otras preguntas fascinantes, "dijo el profesor Stevens, como la cantidad y la facilidad con que llueven las nubes, y cómo los remolinos en el océano y las nubes arriba se afectan entre sí. Actualmente, el equipo está escribiendo sus resultados, y espera que sus mediciones proporcionen las respuestas a estas preguntas. "Estableceremos una verdad fundamental para un nuevo conjunto de modelos climáticos, " él dijo.

Para el Dr. Bony, el siguiente paso se extiende más allá de la comprensión de las propiedades de las nubes y el área que cubren.

"Ahora, estamos descubriendo que no es solo el área total, sino también la forma en que se distribuyen y organizan las nubes, ", dijo. Los patrones que forman también podrían influir en cómo bloquean o absorben la radiación, y esta información podría tener implicaciones para el papel de las nubes en el cambio climático.

Dr. Jan Härter, un especialista en complejidad atmosférica en el Centro Leibniz de Investigación Marina Tropical, la Universidad Jacobs de Bremen, Alemania y el Instituto Niels Bohr en Dinamarca, está investigando esta cuestión en su proyecto INTERACTION. "Muchos tipos de nubes muestran características de organización, pero las nubes de tormenta (en los trópicos) muestran autoorganización, ", dijo. INTERACCIÓN analiza cómo se agrupan las tormentas, utilizando simulación así como desarrollando modelos básicos para su comportamiento.

Autoorganización

Las nubes pueden organizarse por muchas razones, como cuando están sobre un área urbana que tiende a ser más calurosa que el campo debido a todo el concreto y asfalto. La autoorganización ocurre cuando las nubes se forman y se agrupan a pesar de que las condiciones debajo y la luz del sol sobre ellas son uniformes.

Nubes de tormenta, conocido como cumulonimbus (que proviene del latín cumulus 'amontonado' y nimbus 'rainstorm'), son nubes verticales altas que a menudo traen lluvia. Estas nubes son el tipo de nube dominante en los trópicos y también son clave para comprender el equilibrio radiativo global. "Están en la latitud donde la mayor parte del calor llega a la Tierra, y la radiación del sol es mucho más fuerte allí, ", dijo el Dr. Härter. Estas nubes en forma de torre afectan la cantidad de luz solar que ingresa a la atmósfera, que tiene implicaciones directas para el calentamiento.

"La pregunta es cuánto cambian estas nubes altas al agruparse cuando, por ejemplo, cambios de temperatura, ", dijo. Sin embargo, como la mayoría de los problemas relacionados con las nubes, Esta es una pregunta difícil de responder.

INTERACTION aborda el asunto desde dos perspectivas diferentes:una es ejecutar simulaciones, que requieren una gran cantidad de tiempo de cálculo, y otro es desarrollar modelos de "juguetes" que expliquen las interacciones fundamentales entre tormentas y nubes.

Los modelos "de juguete" son simulaciones muy básicas que hablan de las interacciones fundamentales entre las nubes de tormenta. Por ejemplo, El Dr. Härter y sus colegas están tratando de comprender cómo estas nubes 'hablan' entre sí y se autoorganizan al descomponer estas complejas interacciones físicas en sus componentes básicos.

Cuando hay una tormenta, la mayor parte de la lluvia cae al suelo, pero una parte se evapora en el aire debajo de la nube. Este aire habiendo incorporado la fría humedad, se convierte en una 'piscina fría, "Explica Härter." Esta evaporación es crucial en la comunicación de señales de una nube a otra ".

Si hay cientos y miles de nubes en un área grande, los estanques fríos debajo de ellos chocan entre sí, empujando aire hacia las partes más frías de la atmósfera y sembrando nuevas nubes de tormenta.

Uno de sus modelos de 'juguete' retrata cómo interactúan estas piscinas frías y este ciclo, de piscinas frías que chocan y generan nuevas nubes, puede durar generaciones (una dura aproximadamente seis horas) de nubes. codificando los recuerdos de nubes y tormentas pasadas en la nube actual. Las piscinas frías pueden seguir influyendo en la generación de nubes durante semanas.

Estos modelos muy básicos son necesarios, dice el Dr. Härter, para eliminar algunas de las incógnitas para simular el comportamiento de la nube, such as how these cold pools interact. The team's simulations already incorporate parameters such as wind speed, humedad, temperature, and cloud composition, which is the different ratios of water, hielo, and an icy mixture called graupel.

Echoing EUREC4A's Dr. Bony and Prof. Stevens, Dr. Härter said:"We don't know how clouds work, especially these thunderstorm clouds that take place at scales that are hard or impossible to resolve with the current climate models."

Simulación

To take the sheer scale of cloud and their driving forces into consideration, an accurate simulation would have to include disparate variables from the motion of atoms and the energy they dissipate (nanometres) through to the Earth's rotation and global winds on the scale of about 10, 000km. "The very best we can do for, decir, a week of simulations is to resolve (the 100-metre scale) for an area of one kilometre by one kilometre, más o menos, " he said. "And that is a big simulation."

The ultimate goal of the project is to have a model for cloud organisation that captures the interactions between past and present thunderstorm clouds, and feed this information into the next generation of climate models. The next step is to begin a field work and feed new measurements into their models.

"We need to have a clearer understanding of the different cloud-system feedbacks to make a strong statement on climate change here, " Dr. Härter said. "The models have different ways of representing tall clouds and low clouds, and that is something that cannot be resolved without closer observational data."

And in order to prepare for a warming climate, and predict how the world's insulating cloud layer will change, first we need to understand how it operates now.