Acima do Oceano Atlântico, Nuvens brancas e fofas percorrem o céu fustigadas por ventos alísios invisíveis. Eles não são 'particularmente grandes, impressionante ou extenso, "diz a Dra. Sandrine Bony, climatologista e diretor de pesquisa do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica. "Mas são as nuvens mais onipresentes da Terra."

As nuvens são um dos maiores pontos de interrogação nos modelos climáticos globais, e um curinga em prever o que acontecerá com o clima à medida que as temperaturas sobem. Eles desempenham um papel vital na quantidade de radiação solar que chega e fica presa em nossa atmosfera. Quanto mais nuvens houver, quanto mais radiação rebate em seus topos e é refletida de volta para o espaço; também significa que se houver mais nuvens, a radiação refletida pela Terra fica presa. Historicamente, os pesquisadores têm se esforçado para entender as propriedades da nuvem, como eles se comportam atualmente, e como eles irão reagir ao aumento da temperatura causado pelas mudanças climáticas.

Tudo se resume a uma questão de escala, explica o Dr. Bony. Das interações microscópicas de átomos às correntes atmosféricas que atuam ao longo de milhares de quilômetros, muitas forças afetam como as nuvens se formam, sua composição e comportamento.

As nuvens se assemelham ao algodão no Atlântico, que a Dra. Bony e seus colegas estudam, são um bom exemplo. "Uma pequena mudança em suas propriedades tem um grande impacto no equilíbrio radiativo global (o equilíbrio entre a quantidade de energia do sol que chega à atmosfera da Terra e a quantidade que escapa), ", disse ela. Como essas nuvens de bom tempo (conhecidas como nuvens cumuliformes) são tão comuns, uma pequena mudança tem um peso estatístico "enorme" no clima global.

"É a maior questão - não há grande questão, "disse o professor Bjorn Stevens, um diretor do Instituto Max Planck de Meteorologia na Alemanha e co-líder do Dr. Bony no projeto EUREC4A, que se propôs a investigar essas nuvens brancas fofas. "Por 50 anos, as pessoas têm feito projeções climáticas, mas todos eles tiveram uma falsa representação de nuvens. "Essas projeções, ele diz, sofreram de uma compreensão inadequada dos fatores que determinam o quão nublado será o clima e não foram adequadamente representados nos modelos.

Experimento de campo

O projeto EUREC4A, que começou como um modesto experimento de campo para medir o movimento do ar e a nebulosidade, atraiu vários parceiros e expandiu seu escopo. No fim, abrangia cinco aeronaves de pesquisa tripuladas e seis pilotadas remotamente, quatro navios de pesquisa oceânicos, uma flotilha de drifters e planadores, uma série de satélites, e medições do Barbados Cloud Observatory.

"O experimento cresceu em complexidade e escopo para abordar uma série de outras questões fascinantes, "disse o Prof. Stevens, como a quantidade e a facilidade com que as nuvens chovem, e como redemoinhos no oceano e as nuvens acima afetam uns aos outros. A equipe está atualmente escrevendo seus resultados, e espera que suas medições forneçam as respostas a essas perguntas. "Estaremos estabelecendo uma base de verdade para um novo conjunto de modelos climáticos, " ele disse.

Para o Dr. Bony, a próxima etapa vai além da compreensão das propriedades da nuvem e da área que cobrem.

"Agora, estamos descobrindo que não é apenas a área total, mas também a maneira como as nuvens são distribuídas e organizadas, ", disse ela. Os padrões que eles formam também podem influenciar como eles bloqueiam ou absorvem a radiação, e esta informação pode ter implicações para o papel das nuvens na mudança climática.

Dr. Jan Härter, um especialista em complexidade atmosférica no Leibniz Center for Tropical Marine Research, a Jacobs University Bremen, Alemanha e o Instituto Niels Bohr na Dinamarca, está investigando essa questão em seu projeto INTERACTION. "Muitos tipos de nuvens mostram características de organização, mas nuvens de tempestade (nos trópicos) mostram auto-organização, "disse ele. INTERACTION olha como as tempestades se aglomeram, usando simulação, bem como desenvolvendo modelos básicos para seu comportamento.

Auto-organização

As nuvens podem se organizar por vários motivos, como quando eles estão acima de uma área urbana que tende a ser mais quente que o campo por causa de todo o concreto e asfalto. A auto-organização ocorre quando as nuvens se formam e se aglomeram, embora as condições abaixo e a luz do sol acima delas sejam uniformes.

Nuvens de tempestade, conhecido como cumulonimbus (que vem do latim cumulus 'amontoado' e nimbus 'tempestade'), são nuvens verticais altas que costumam trazer chuva. Essas nuvens são o tipo dominante de nuvem nos trópicos e também são essenciais para a compreensão do equilíbrio radiativo global. "Eles estão na latitude onde a maior parte do calor chega à Terra, e a radiação do sol é muito mais forte lá, "disse o Dr. Härter. Essas nuvens em forma de torres afetam a quantidade de luz solar que entra na atmosfera, que tem implicações diretas para o aquecimento.

"A questão é o quanto essas nuvens altas mudam no agrupamento quando, por exemplo, mudanças de temperatura, "disse ele. No entanto, como a maioria dos problemas envolvendo nuvens, Esta é uma pergunta difícil de responder.

INTERACTION está abordando o assunto de duas perspectivas diferentes:uma é fazer simulações, que requerem uma grande quantidade de tempo de computação, e outra é desenvolver modelos de 'brinquedo' que expliquem as interações fundamentais entre tempestade e nuvem.

"Os modelos Toy 'são simulações muito básicas que falam sobre as interações fundamentais entre nuvens de tempestade. Por exemplo, Dr. Härter e seus colegas estão tentando entender como essas nuvens 'falam' umas com as outras e se auto-organizam, quebrando essas interações físicas complexas em seus componentes básicos.

Quando há uma tempestade, a maior parte da chuva cai no solo, mas parte dela evapora no ar sob a nuvem. Este ar, tendo incorporado a umidade fria, torna-se uma 'piscina fria, "Härter explica." Esta evaporação é crucial na comunicação de sinais de uma nuvem para outra. "

Se houver centenas e milhares de nuvens em uma grande área, as piscinas frias embaixo deles se chocam, empurrando o ar para as partes mais frias da atmosfera e semeando novas nuvens de tempestade.

Um de seus modelos de 'brinquedo' retrata como essas piscinas frias interagem e este ciclo - de piscinas frias colidindo e gerando novas nuvens - pode durar por gerações (uma dura cerca de seis horas) de nuvens, codificando as memórias de nuvens e tempestades passadas na nuvem atual. Os pools frios podem continuar a influenciar a geração de nuvens por semanas.

Esses modelos básicos são necessários, diz o Dr. Härter, a fim de remover algumas das incógnitas para simular o comportamento da nuvem, such as how these cold pools interact. The team's simulations already incorporate parameters such as wind speed, umidade, temperatura, and cloud composition, which is the different ratios of water, gelo, 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."

Simulação

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, dizer, a week of simulations is to resolve (the 100-metre scale) for an area of one kilometre by one kilometre, or so, " 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.