Chmury wpływają na stan arktycznego lodu morskiego

Zimy, a szerzej mówiąc noce polarne w Arktyce, w ciągu ostatnich 5 lat charakteryzowały się spowolnionym procesem zamarzania powierzchni Oceanu Arktycznego. Często też dochodziło do gwałtownego wycofywania się lodu morskiego w czasie nocy polarnych i wzrostu temperatur powyżej zera. Jest to w dużej mierze związane z meandrującym prądem strumieniowym. Jednak ostatnie zimy pokazują, że duża jest w tym rola zachmurzenia. Ostatnie badania pokazują, że chmury mają ewidentny wpływ na tempo zamarzania powierzchni Oceanu Arktycznego i tworzenia się lodu.

Treść naukowej i potwierdzonej już tezy brzmi następująco: chmury mają wpływ na lód morski Arktyki i panujące tam temperatury, a na ich ilość wpływa zakres topnienia pokrywy lodowej. Ocean się nagrzewa, więc jego powierzchnia staje się w końcu cieplejsza od powietrza nad nim. To sprzyja tworzenia się układów niskiego ciśnienia, tym samym chmur. Zmiany są widoczne już nawet na samum początku lata, gdy licznie powstają w czapie polarnej połynie, czy przerwy między powstająca krą lodową. Proces nasila się w miarę dalszego topnienia lodu - znika lód, więc ciepło znajdujące się w wodzie uwalnia się do atmosfery, co sprzyja dalszemu tworzenia się chmur. Działa to na takiej samej zasadzie jak w przypadku pokrywki garnka wypełnionego gorącą wodą.

Latem chmury stanowią czynnik hamujący topnienie lodu, gdyż zatrzymują promienie słoneczne przez co nie rosną, a wręcz spadają temperatury. Znika energia potrzebna do nagrzewania się powierzchni Oceanu Arktycznego oraz dla topnienia powierzchni lodu. Dlatego w ostatnich latach obserwuje się dosyć powolny proces topnienia lodu i brak nowego rekordu wrześniowego minimum. Ten rok jest ewidentnym tego przykładem. W trakcie nocy polarnej rola się odwraca. Koc chmur hamuje zamarzanie, bo chmury zatrzymują ciepło i wilgoć, które dostały się do atmosfery. To spowalnia zamarzanie. Do tego dochodzi też fakt, że ocean zamarzając w październiku, oddaje do atmosfery kolejne ilości ciepła i wilgoci. Jeśli zamarzanie jest szybkie, to oczywiście dużo ciepła do atmosfery się nie dostanie. Ale potem ewentualne powstawanie połyń w czapie polanej z powodu zimowych sztormów proces oddawania ciepła podtrzymuje.

Wizualizacja pokazująca reakcje chmur przed, w trakcie i po otwarciu dużej dziury otoczonej lodem morskim, znanej jako połynia. Widoczny jest efekt izolacyjny lodu morskiego, ponieważ otwarcie połynii ułatwia wymianę ciepła (czerwona strzałka) i wilgoci (żółta strzałka). Ciepło emitowane przez chmury (fioletowa strzałka) nad przeręblem lodowym pomaga utrzymać go otwartym i pozostaje po tym, jak nowy lód morski zamknie przerębel.

Niedawno zbadany został przy użyciu satelitów obszar nad Morzem Baffina, między Grenlandią a Kanadą. Za pomocą czujników znajdujących się na satelitach można było przeanalizować ewolucję chmur w pionie na niższych i wyższych poziomach atmosfery. Podejście to pozwoliło naukowcom dokładniej dostrzec, jak formowanie się chmur zmieniało się w pobliżu powierzchni oceanu nad połynią i otaczającym ją lodem morskim, wyjaśniła Emily Monroe, badaczka atmosfery z Langley Research Center NASA w Hampton w Wirginii, która kierowała badaniami. "Zamiast polegać na wynikach modeli i reanalizach meteorologicznych, aby przetestować naszą hipotezę, jesteśmy w stanie uzyskać niemal natychmiastowe dane ze skanowania satelitarnego z obszaru w pobliżu połyni", powiedziała Monroe. "Ponieważ każdy skan jest zbierany w skali czasowej rzędu około 10 sekund, jest bardziej prawdopodobne, że połynia i pobliski lód doświadczają tych samych wielkoskalowych warunków pogodowych, więc możemy dokładniej rozdzielić, jaki wpływ ma zmiana z powierzchni lodu na powierzchnię wody na leżące nad nią chmury".

Lód morski działa jak pokrywka na garnku z wrzącą wodą, wyjaśnia Linette Boisvert, badaczka zajmująca się lodem morskim w instytucie Goddard Space Flight Center NASA, która brała udział w badaniu. Kiedy pokrywka jest zdjęta, ciepło i para wodna ulatniają się do powietrza. "Dostajemy więcej ciepła i wilgoci z oceanu do atmosfery, ponieważ lód morski działa jak czapka lub bariera między stosunkowo ciepłą powierzchnią oceanu a zimną i suchą atmosferą powyżej", powiedziała Boisvert. "To ocieplenie i nawilżenie atmosfery spowalnia pionowy wzrost lodu morskiego, co oznacza, że nie będzie on tak gruby, więc jest bardziej podatny na topnienie w miesiącach letnich".

Cienka pokrywa lodowa staje się podatna na działanie wiatru w trakcie nocy polarnej. Licznie więc powstają połynie, czy szerzej mówiąc wszelkiej maści wyrwy w lodzie. Mamy teraz następną noc polarną, po tym jak osiągnięte zostało wrześniowe minimum. Choć oczywiście jest za wrześnie, to i tak widać pierwsze problemy z zamarzaniem powierzchni Oceanu Arktycznego. Nowe badania pokazują też, że nisko zawieszone chmury nad obszarem bez lodu, jakimi są połynie emitują więcej energii cieplnej niż chmury nad pakiem lodowym. Chmury powstające na skutek ubytków w lodzie mają w sobie cztery razy więcej wody niż chmury nad litym pakiem lodowym. Zwiększone zachmurzenie i ciepło pod chmurami utrzymywało się przez około tydzień po każdym ponownym zamarznięciu połyni w okresie objętym badaniami. Zamarznięcie powierzchni, zniknięcie połyń nie oznacza zaniku wilgoci i ciepła. "Nawet jeśli źródła wilgoci zasadniczo zniknęły, ten efekt dodatkowych chmur i zwiększonego efektu radiacyjnego chmur do powierzchni pozostaje przez pewien czas po tym, jak połynia zamarza", powiedziała Boisvert. 

Na podstawie: Phys.org, NASA satellites show how clouds respond to Arctic sea ice change