El Ártico ha cambiado a un ritmo más rápido que el resto del planeta. Las nubes impactan en el presupuesto de energía de la superficie y, por lo tanto, el derretimiento o crecimiento de hielo terrestre y oceánico. Muchas nubes árticas son "fase mixta, "que consta de hielo y partículas líquidas simultáneamente. Predecir correctamente la partición de la masa y las transiciones entre estas dos fases es vital para comprender los impactos de las nubes en el clima ártico. ¿Por qué? Porque las partículas de hielo y las gotas de líquido se dispersan y absorben la energía solar e infrarroja de manera sustancialmente diferente. Un equipo descubrió que el movimiento a gran escala de masas de aire que tienen diferentes concentraciones de aerosoles y humedad es una influencia importante en la fase de las nubes. También fueron importantes los procesos a menor escala que influyeron en el tiempo que una partícula de hielo permaneció elevada en la nube. .

Los expertos se reunieron y determinaron los procesos clave que controlan la partición del hielo y las partículas líquidas en las nubes árticas. El estudio analizó específicamente la interacción entre los procesos a gran escala y a escala local para identificar qué procesos microfísicos a pequeña escala son más importantes para que los modelos globales los capturen para simular mejor la fase correcta de la nube en los modelos. El estudio también identificó que son deseables mejores observaciones de los parámetros clave de los aerosoles para comprender mejor cómo las interacciones aerosol-nube impulsan las transiciones en la fase de nubes. Los resultados del estudio ofrecen información para representar mejor las nubes árticas en modelos numéricos del clima y del sistema terrestre.

Muchas nubes árticas son de fase mixta. Predecir correctamente la partición de la masa y las transiciones entre estas dos fases es vital para comprender los impactos de las nubes en el clima ártico porque las partículas de hielo y las gotas de líquido impactan la transferencia radiativa atmosférica de formas sustancialmente diferentes. El equipo decidió centrarse en una nube estratiforme persistente de fase mixta observada en el sitio de Medición de Radiación Atmosférica (ARM) del DOE en Barrow, Alaska, del 11 al 12 de marzo, 2013. Este caso es de particular interés porque se observó una variabilidad temporal sustancial en la capa de nubes líquidas y la precipitación de hielo asociada durante las 37 horas de duración de la nube.

El equipo utilizó un amplio conjunto de instrumentos de teledetección basados ​​en tierra, incluidos los radares lidar y multifrecuencia que apuntan verticalmente y de escaneo operados en el observatorio atmosférico ARM North Slope of Alaska en Barrow, combinado con información sobre la dispersión y absorción de la luz de aerosoles de los instrumentos de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica. Proporcionar un contexto a gran escala para el estudio de caso y examinar procesos importantes con más detalle, Se emplearon múltiples enfoques de modelos. Las simulaciones de modelos de área limitada se utilizan para identificar los procesos que causan el descenso de la capa de nubes, así como el papel del forzamiento superficial y a gran escala en la precipitación observada y las transiciones de partición de fase. Los pronósticos a corto plazo del modelo de Monitoreo de la Composición Atmosférica y el Clima (MACC) se utilizan para obtener una perspectiva más amplia sobre el transporte de aerosoles en Barrow y sus alrededores durante el período del estudio de caso. y ayudar a comprender hasta qué punto los cambios observados localmente en la cantidad y el tipo de aerosol pueden atribuirse a la advección frente al procesamiento local.

Se reunieron recursos de observación y modelado para comprender los procesos que controlan la partición de la fase de nube y su transición en el tiempo. La evidencia sugiere que tres factores principales contribuyeron al cambio abrupto en la partición de fase para este estudio de caso:

1. La advección a gran escala de diferentes masas de aire con diferente contenido de humedad e indicaciones de diferentes concentraciones de aerosoles desempeñó un papel. Durante el tiempo de mayor contenido de hielo y agua líquida, la masa de aire sobre Barrow tenía una concentración de aerosol relativamente alta y estaba apoyada por advección húmeda al nivel de las nubes.
2. Procesos a escala de la nube, específicamente el estado de acoplamiento termodinámico de la superficie de la nube, cambiado en el momento de esta transición de masa de aire.
3. Tiempo de residencia de las partículas de hielo, que está vinculado a la dinámica a escala local, Fue importante en el cambio de partición de fase.

El equipo descubrió que la trayectoria del agua helada simulada era más alta durante las épocas de fuertes corrientes ascendentes que dominaron durante la primera parte del estudio de caso. Después de la transición, las corrientes ascendentes se debilitaron y los cristales de hielo cayeron más rápidamente del sistema de nubes. El equipo descubrió que el blindaje radiativo de una nube cirro el 12 de marzo y la influencia del ciclo solar eran de menor importancia para la modulación de la turbulencia en la nube de fase mixta. y, por lo tanto, probablemente no jugó un papel clave en la transición. Falta de observaciones de las propiedades de los aerosoles. incluidas las concentraciones de núcleos de hielo y los perfiles verticales de las concentraciones y el tamaño de las partículas de aerosol, plantea un gran desafío para comprender las transiciones de fase. Adicionalmente, Este estudio de caso sugiere que la interacción de las propiedades microfísicas de las nubes inducidas por aerosoles con los procesos termodinámicos y dinámicos de las nubes también puede ser de importancia crítica.