Mira las nubes si hay alguno en tu cielo ahora mismo. Mira las olas los altos mechones blancos contrastaban con el cielo azul. O, dependiendo de tu clima, observe cómo los bordes grises suaves se unen en tonos mezclados que se arrastran por el aire hasta el suelo.

Son una inspiración para la mayoría de nosotros pero una pesadilla para los científicos del clima. Las nubes son criaturas excepcionalmente complejas, y esa complejidad hace que sea difícil predecir cómo y dónde se formarán, lo cual es lamentable, ya que esas predicciones son esenciales para comprender los patrones de precipitación y cómo cambiará nuestro clima en el futuro.

Pero los investigadores de la Universidad de Utah pueden haber encontrado una manera de reducir en gran medida la dificultad de predecir la formación de nubes. Los resultados, publicado hoy en Revista de Atmósferas de Investigación Geofísica podría llenar un vacío clave en la comprensión de los científicos sobre cómo se puede desarrollar el cambio climático.

"Usamos termodinámica simple, "dice el profesor de ciencias atmosféricas Tim Garrett, "para predecir que debería haber muchas nubes pequeñas y pocas nubes grandes en proporciones que obedezcan leyes matemáticas simples".

Las nubes son comodines climáticos

Nubes particularmente aquellos en los trópicos, son parte del sistema de la Tierra para eliminar el exceso de calor generado por el sol. Por eso son importantes para los científicos del clima. Son parte de una cinta transportadora vertical, elevando el aire caliente y flotante hasta una altitud en la que el calor pueda irradiarse fácilmente a la fría oscuridad del espacio. Pero las nubes pueden jugar con el calor de otras formas.

"Piense en la rapidez con la que una nube puede cambiar la temperatura durante un picnic de verano, ", dice el investigador postdoctoral y coautor del estudio Ian Glenn." Un ligero cambio en la fracción o distribución de incluso unas pocas nubes pequeñas en un día despejado y agradable puede hacer o deshacer una excursión ".

Las nubes crecen y se encogen constantemente a medida que intercambian aire con el aire seco circundante. Hasta aquí, No está claro cómo influyen las nubes en los efectos del cambio climático global. ¿Reducirán las nubes el calentamiento? ¿O mejorarlo? ¿El calentamiento creará más nubes? Si es así, ¿Qué regiones se verán más afectadas?

Esa incertidumbre se puede ver en el rango de valores de sensibilidad climática, o la respuesta de la temperatura a una duplicación del dióxido de carbono en la atmósfera. Las proyecciones actuales dicen que el aumento podría estar entre 1,5 y 4,5 grados centígrados. Es difícil precisar mucho más que eso debido al problema de comprender el papel de las nubes y las precipitaciones en un clima cambiante.

"Tanto el rango bajo como el rango alto son malas noticias para la civilización, "Garrett dice, "pero uno es claramente mucho más catastrófico, por lo que es un problema bastante importante para solucionarlo".

Las nubes son profundamente complejas

Los investigadores abordaron previamente el problema de las nubes tratando de comprender las capas de complejidad inherentes a la forma en que las nubes interactúan con la superficie. el aire e incluso ellos mismos. El coautor del estudio, Steven Krueger, dice que los procesos físicos en las nubes van desde gotas de nubes, a escala micrométrica, a sistemas de nubes a gran escala que pueden extenderse por un continente. Y la turbulencia inherente de las nubes crea remolinos (espirales de energía turbulenta) que amplían el poder predictivo de incluso los mejores modelos de nubes que se ejecutan en supercomputadoras.

"Para modelar todas las escalas de la atmósfera global, desde los remolinos turbulentos más pequeños hasta la escala global, se necesitarían aproximadamente mil millones de veces lo que podemos usar actualmente en nuestras computadoras, "Dice Krueger." Podemos calcular completamente toda la física de las nubes en un volumen de aproximadamente 1 metro de lado, durante unos 10 minutos, a un costo computacional de 10, 000 horas de CPU ".

Para sortear esa complejidad, Los modeladores climáticos simulan grandes escalas mientras hacen suposiciones simplificadas sobre procesos a pequeña escala. Pero, ¿qué pasa si hay otra forma? ¿Y si las nubes siguen principios matemáticos simples que pueden recrear las estadísticas de la complejidad de las nubes sin necesidad de recursos informáticos masivos?

Las nubes son conductos con fugas

Volvamos al concepto de nubes como conductos de calor hacia la atmósfera superior. En absoluto, afilado, la nube blanca está compuesta de gotas de agua, en contraste con el claro, azul, aire relativamente más seco a su alrededor. El blanco, nubes mojadas y el azul, el aire seco está en contacto constante entre sí, compartiendo un límite común. Es este límite lo que hizo pensar a Garrett.

A medida que se forman gotas de agua dentro de las nubes, se libera un poco de calor, haciendo que las nubes floten en la atmósfera. Garrett dice que esto hace que las nubes sean eficientes en su trabajo de eliminar el calor del suelo, y también significa que el calor, el aire ascendente es turbulento y puede derramarse por los lados de la nube a medida que asciende.

"Esta constatación de que las nubes son conductos con fugas me hizo pensar que el lugar para buscar la comprensión de las nubes y el clima no eran sus áreas mirando hacia abajo, como ha sido comúnmente el foco, sino sus bordes, "Dice Garrett.

Comenzó a estudiar la termodinámica a lo largo de los perímetros y bordes de las nubes, y encontró que el perímetro horizontal total de las nubes, Los turbulentos intercambios de calor y humedad a través de los bordes de las nubes y el perfil vertical de temperatura y humedad de la atmósfera podrían estar relacionados. Una ventaja notable:la temperatura atmosférica vertical y los perfiles de humedad son relativamente simples de predecir en climas cambiantes, por lo que el vínculo con la cantidad de nubes simplifica un problema notoriamente difícil.

Algunos otros principios de la dinámica de las nubes que surgieron de las ecuaciones de los autores:La competencia entre las nubes por el calor y la humedad atmosféricos ayuda a explicar cuántas nubes se forman. El producto del número de nubes y su perímetro permanece constante, una ley matemática conocida como invariancia de escala. Esto significa que una gran cantidad de nubes tienen un perímetro pobre, mientras que unas pocas son ricas. También, estas relaciones entre diferentes clases de tamaño de nubes resultan ser independientes de la temperatura atmosférica. Más de eso en un minuto.

Garrett y sus colegas probaron sus hallazgos teóricos comparando su modelo estadístico con uno de los megamodelos de formación de nubes, el modelo Giga-LES. Simula 24 horas completas de tiempo atmosférico en un área de 400 kilómetros cuadrados (150 millas cuadradas) a alta resolución. Una simulación de 24 horas toma 300, 000 horas de procesador para completar. El modelo de Garrett, basado en unas pocas líneas de ecuaciones físicas, reprodujo estadísticas clave de los tamaños y formas de las nubes en el modelo dinámico Giga-LES dentro del 13 por ciento.

Hay cosas que un modelo estadístico no puede hacer por supuesto. "No se puede mostrar, por ejemplo, una nube que parece Mickey Mouse apareciendo en un momento o lugar en particular, "Garrett dice, "por lo que es más adecuado para predicciones sobre el clima a largo plazo que sobre el clima a corto plazo".

Las nubes siguen las reglas

Entonces, ¿Qué significa esto para los modeladores del cambio climático que quieren saber cómo reaccionarán las nubes al calentamiento global de las temperaturas?

"Esto es bastante especulativo, "Garrett dice, "pero la sugerencia de nuestro estudio es que la retroalimentación del clima de nubes puede ser pequeña, porque las nubes tropicales se reorganizarán en un clima más cálido para continuar con su bajo impacto actual en las temperaturas de la superficie ". En otras palabras, mientras que la cantidad total de cobertura de nubes puede aumentar, las proporciones de los tamaños de las nubes a diferentes altitudes probablemente no cambiarán mucho. Si este modelo está probado, Los científicos del clima pueden respirar un poco más tranquilos sabiendo que es probable que las nubes no amplifiquen el calentamiento global.

"Si estas retroalimentaciones de la nube son más pequeñas de lo esperado anteriormente, "Garrett dice, "Es posible que la Tierra no se caliente tan rápido como nuestros peores temores".

Lea el estudio completo aquí.