ForrásMásfél fok; Szabó Amanda Imola – Meteorológus-éghajlatkutató, doktorandusz az ELTE TTK Meteorológiai Tanszékén és a Másfél fok egyik állandó szerzője.

Az üvegházhatású-gázkibocsátás nemcsak hőmérséklet-emelkedést eredményez, hanem láncreakciók sorozatát indítja el az éghajlati rendszerben és hatással van többek között a globális égbolt kétharmadát borító felhőkre is. A felhőképződésben várható változások becslése az éghajlatváltozás bonyolult kirakósának egyik legfontosabb része. Bár a felhőzetnek akár hűtő hatása is lehetne, az eddigi kutatási eredmények az ellenkezőjét mutatják. A szemünk láttára zajlik az átbillenési folyamat, hogy a felhők összességében nem hűteni, hanem erősítve a klímaváltozást, tovább fogják melegíteni a légkört, ha így folytatjuk.

A felhőkkel a mindennapokban általában csak akkor foglalkozunk, amikor eldöntjük, hogy esernyőt dobunk-e a táskába vagy napszemüveget. De egy rutinos fesztiválozó vagy túrázó azt is tudja, hogy ha este felhős az ég, jóval kisebb az esély arra, hogy hajnalra átfázik, hiszen sokszor ilyenkor a felhők tartják a nappali meleget. Most akkor hűtő vagy fűtő hatása van a felhőknek? A válasz az, hogy mindkettő, de kérdés, melyik hatás érvényesül majd hosszabb, éghajlati időtávon.

Felhők hatása a Föld termosztátjára

Amikor az éghajlati modellekben rejlő bizonytalanságokról beszélünk, akkor nagyon leegyszerűsítve a két legnehezebben megbecsülhető tényező az

  • emberi tevékenység és
  • a felhők viselkedése.

Az alacsony szintű (0-2 km) és bizonyos középszíntű (2-5 km) felhők napernyőként védik a bolygót a Napból érkező rövidhullámú sugárzástól, visszaverve annak körülbelül ötödét. Eközben a magas szintű (7-13 km) felhőzet visszatartja a Föld által kibocsátott hosszúhullámú sugarakat. Az előbbi folyamat hűti a légkört, az utóbbi fűti, és a két folyamat nincs egyensúlyban. Napjainkban még a hűtő hatás érvényesül, de az eddigi kutatási eredmények arra utalnak, hogy az

éghajlatváltozás felhőzetre kifejtett hatása globális átlagban a melegítő hatás felé billenti majd el a mérleget.

Kate Marvel, a Columbia University és a NASA Goddard Institute for Space Studies kutatójának Mainstage TED Talk-ja a felhők és az éghajlatváltozás kapcsolatáról.

De miért viselkednek eltérően a különböző felhők?

A felhők típusuktól, földrajzi helyzetüktől, magasságuktól és a hozzájuk kapcsolódó folyamatoktól függően melegítik vagy hűtik a légkört. Míg a magasszintű felhők, mint a fátyolos finom szerkezetű cirrusok jégkristályokból állnak, addig a közép- és alacsony szintű felhőzet már részben vagy teljesen vízcseppekből.

A folyékony és fagyott halmazállapotban lévő víz sugárzás elnyelő és visszaverő tulajdonságai közötti különbség szemmel látható az alábbi képeken. A NASA alábbi műholdfelvételein a bal oldali képen a természetes színek esetén a hegyeket borító hó és a vancouveri völgyekben kialakult vízfelhő textúrája mutatja a különbséget a két képződmény között. A jobb oldali hamisszínes képen viszont látható, hogy a jég elnyeli az infravörös sugarakat és kék színben jelenik meg, míg a folyékony cseppekből álló felhőzet nem nyeli el a sugárzást és fehér marad. A víz- és jégfelhők esetén ehhez hasonlóan eltér, hogy áteresztik vagy megtartják a hőt.

A NASA alábbi műholdfelvételein a bal oldali képen a természetes színekkel, jobb oldalon hamisszínes képek esetén látható a vancouveri völgyekben kialakult vízfelhő textúrája. Forrás: NASA

Hogyan változnak majd a felhők és velük együtt az éghajlat?

Bár a felhők kettős szerepében egyelőre átlagosan a hűtő hatás bizonyul erősebbnek, a felmelegedés hatására a felhők is mozgásba lendültek. A magas szintű felhőzetek esetén a magasságukban emelkedés figyelhető meg, melyek így még több hőt tartanak meg.

Eközben az alacsony és közép szintű felhőzet esetén átlagosan a pólusok felé irányuló elmozdulás figyelhető meg. Ez azt eredményezi, hogy az amúgy is kevesebb napsugárzást kapó magasabb földrajzi szélességeken védik majd napernyőként a bolygót a sugárzástól, míg az alacsonyabb szélességeken az árnyékoló hatás hiányában többlet sugárzás érkezik a felszínre, ami melegedést okoz.

A nagy földi légkörzés három nagy cirkulációs rendszere: trópusi/Hadley cella, mérsékelt övezet áramlási rendszere, poláris cella. Az alacsony és közép szintű felhőzetben történő pólusok felé irányuló elmozdulás erősen kapcsolódik a Hadley cella mindkét féltekén jellemző kiszélesedéséhez. Forrás: NASA

Miért olyan nehéz tisztán látni mi lesz a felhőkkel?

A felhők és a felhőzet várható változásának modellezése az éghajlatváltozás kirakósának legfontosabb eleme. A felhőzet vizsgálata során széles skálán kell dolgoznunk a mikroszkopikus méretű cseppektől kezdve az országokon átívelő felhő sávokon át a bolygó kétharmadát borító felhőzetig.  Amellett, hogy nem mindegy a jég- és vízfelhők aránya, az sem mindegy, származik-e belőlük majd csapadék, mekkora a vastagságuk, milyen fényesek és milyen hosszú lesz az élettartamuk.

A felhőzettel kapcsolatos folyamatok modellezéséhez és a felmelegedés okozta hatások becsléséhez elengedhetetlen a lehető leghosszabb összefüggő adatsor. Ennek egyik nehézsége, hogy nemcsak azt kell látni, hogy egy terület felett van-e felhő vagy nincs, hanem a felhők rétegei és összetétele is fontos, méghozzá globálisan. A felszíni mérések és megfigyelések mellett a kutatók legfontosabb eszközei a műholdak, melyek több mint hat évtizede szolgáltatják az egyre pontosabb felhőzet adatokat.

A felhőképződés folyamata elsőre egyszerűnek tűnik. Ahhoz, hogy felhő képződjön, tudjuk, hogy szükségünk van többek közt feláramlásra és megfelelő nedvességtartalomra. A meleg, nedves levegő feláramlik, lehűl, a vízgőz kicsapódik az aeroszol részecskékre, mint például por, tengeri só, vulkáni hamu vagy akár különböző emberi tevékenységből eredő szennyezőanyagok. Amellett, hogy az aeroszolok, melyek egyenlőtlenül oszlanak el a légrétegekben, összetételüktől függően fűthetik vagy hűthetik a légkört, a felhők típusára, élettartamára és a csapadék típusára, mennyiségére is hatással vannak. Azt, hogy mikor, milyen magasságban, milyen típusú felhők képződnek és ezeknek mekkora az élettartalma, bonyolult fizikai folyamatok is meghatározzák, mint a párolgás, turbulencia a légkörben, a sugárzás, a szélviszonyok vagy a terület földrajzi adottságai és még további tényezők.

A lebegő részecskék felületet biztosítanak a vízgőznek, hogy vízként kicsapódva vagy jéggé fagyva sok appró cseppből vagy jégkristályból felhőelemekké álljon össze. Image credit: NASA/JPL-Caltech/Alex Novati

Bár a felhőképződéssel kapcsolatban még számtalan megválaszolatlan kérdés van, a mérések és a számítástechnika fejlődésével egyre megbízhatóbb klímamodellek segítik a kutatók munkáját.

A kérdés továbbra sem az, hogy egyre melegebb lesz-e, hanem az, hogy mennyivel lesz melegebb.

A Caltech, vagyis a Kaliforniai Műszaki Egyetem kutatói a stratocumulus (alacsonyszintű gomolyos rétegfelhők) mennyiségének globális felmelegedés hatására történő változását vizsgálták. Arra jutottak, hogy ha a szén-dioxid légköri koncentrációja eléri az 1200 ppm-es szintet, mely több mint négyszerese az iparosodás előtti referencia értéknek (280 ppm), az jelentősen megritkítaná a számukat, sőt akár el is tűnnének az égboltról az említett felhők.

Ez a változás 8-10 Celsius fokos felmelegedéshez vezetne az iparosodás előtti időkhöz képest. Bár ez még távolinak tűnik, ahogy már több cikkben is rámutattunk,

a különböző hőmérsékleti és koncentrációbeli küszöbértékek valójában a döntéshozatalt segítő egyfajta irányszámok. Az, hogy nem érjük el a kritikus értéket, még nem jelenti, hogy nem indulnak be negatív folyamatok.

Jelenleg 419 ppm a szén-dioxid légköri koncentrációja és 1,2 Celsius fok körüli globális felmelegedésnél tartunk az iparosodás előtti időkhöz képest, és már ezen a ponton mindennapjaink részévé váltak az éghajlatváltozás negatív hatásai melyek a hőmérséklet folytonos emelkedésével fokozódnak.

A legújabb generációs CMIP6 klímamodell-szimulációk eredményeinek (CMIP6 – Coupled Model Intercomparison Project Phase 6 – Csatolt Modellek Összehasonlító Projektje hatodik fázis) és az előző generációs CMIP5-al kapott éghajlatváltozással kapcsolatos projekcióknak összehasonlítása során a felhőzet változását vizsgálta a Lipcsei Egyetem Meteorológiai Intézetének kutatója, Johannes Mülmenstädt és kollégái, majd eredményeiket a Nautre Climate Change nevű rangos tudományos folyóiratban publikálták.

Kutatásukban arra jutottak, hogy a CMIP6 eredmények alábecsülték a felhőzet várható hűtő hatását, ezáltal kisebb mértékű, ugyanakkor továbbra is jelentős melegedést jeleznek előre. Bár a modellek jobban becsülik a felhőzet halmazállapotát, vagyis, hogy mennyi jég- és vízfelhő lesz, de túlbecsülik a vízfelhőkhöz köthető várható csapadékot, ami lecsökkenti a felhők élettartamát. Ez pedig befolyásolja az éghajlati modellek érzékenységét, vagyis, hogy adott szintű üvegházgáz növekedés milyen mértékű melegedéshez vezet majd a különböző visszacsatolási folyamatok eredményeképp.

Bár ez elsőre jó hírnek tűnik, hiszen amellett, hogy a kutatás rávilágít a csapadék fontosságára a felhőzettel kapcsolatos vizsgálatok során, azt is sugallja, hogy a felhőzet hűtő hatása az emberiség javára dolgozik az éghajlatváltozás kapcsán. Fontos azonban látni, hogy bár az új generációs CMIP6 éghajlati modellek érzékenysége valóban nagyobb, mint a CMIP5 esetén volt, már az utóbbi esetén is olyan mértékű melegedést becsültek a modellek, amelyek drasztikus hatással lesznek az emberi és természetes rendszerekre.

A járvány miatt lecsökkenő légiforgalom hatása tiszavirág életű az éghajlatváltozás folyamatában

Az Environmental Research Letters-ben publikált tanulmányukban a Lipcsei Egyetem, az Imperial College London és az Institut Pierre-Simon Laplace kutatói megmutatták, hogy a repülők hatására képződő cirrus felhők, melyek erősítik az üvegházhatást, ritkultak az utazási korlátozások hatására.

Bár ez a felszíni korlátozásokhoz hasonlóan elenyésző hatással járt a felmelegedés folyamatában, fontos tanulságokkal szolgálhat a klímamodellek fejlesztéséhez és az éghajlatváltozás mérséklését célzó intézkedések kidolgozásához. Annak megértése és szimulációja, hogy az éghajlatváltozás milyen hatással lesz a felhőzetre, elengedhetetlen annak érdekében, hogy a lehető legpontosabban lássuk, mekkora melegedésre számíthatunk. Amit azonban már most tudunk, hogy nem számíthatunk arra, hogy a természet és a felhők megoldják helyettük az éghajlatváltozás problémáját.