Onderzoekers van de Princeton University hebben ontdekt dat de klimaatmodellen die wetenschappers gebruiken om toekomstige omstandigheden op onze planeet te projecteren, het verkoelende effect onderschatten dat wolken dagelijks - en zelfs elk uur - hebben. vooral over land.

De onderzoekers rapporteren in het tijdschrift Natuurcommunicatie 22 december dat modellen de neiging hebben om te veel rekening te houden met de dagelijkse hitte van de zon, wat resulteert in warmere, drogere omstandigheden dan in werkelijkheid zou kunnen voorkomen. De onderzoekers ontdekten dat onnauwkeurigheden in de boekhouding van de dagelijkse, of dagelijks, wolkencyclus leek de klimaatprojecties niet ongeldig te maken, maar ze vergrootten wel de foutenmarge voor een cruciaal hulpmiddel dat wetenschappers gebruiken om te begrijpen hoe klimaatverandering ons zal beïnvloeden.

"Het is belangrijk om het juiste resultaat om de juiste reden te krijgen, " zei corresponderende auteur Amilcare Porporato, een professor in civiele en milieutechniek en het Princeton Environmental Institute. "Deze fouten kunnen doorsijpelen in andere wijzigingen, zoals het projecteren van minder en zwakkere stormen. We hopen dat onze resultaten nuttig zijn voor het verbeteren van de manier waarop clouds worden gemodelleerd, wat de kalibratie van klimaatmodellen zou verbeteren en de resultaten veel betrouwbaarder zou maken."

Porporato en eerste auteur Jun Yin, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker in civiele en milieutechniek, ontdekte dat het niet nauwkeurig vastleggen van de dagelijkse wolkencyclus ervoor zorgt dat de zon de aarde bombardeert met 1-2 watt extra energie per vierkante meter. De toegenomen koolstofdioxide in de atmosfeer sinds het begin van het industriële tijdperk zal naar schatting 3,7 watt extra energie per vierkante meter opleveren. "De fout hier is de helft daarvan, dus in die zin wordt het substantieel, ' zei Porporato.

Yin en Porporato begonnen hun studie na het bijwonen van een seminar over bewolking en klimaatgevoeligheid. "De spreker sprak veel over waar de wolken zijn, maar niet wanneer, " zei Yin. "We dachten dat de timing net zo belangrijk was en we waren verrast om te ontdekken dat daar minder studies over waren."

Wolken veranderen gedurende de dag en van dag tot dag. Klimaatmodellen leggen goed de gemiddelde bewolking vast, Yin zei, maar ze missen belangrijke pieken in de daadwerkelijke bewolking. Deze pieken kunnen een dramatisch effect hebben op de dagelijkse omstandigheden, zoals in de vroege namiddag tijdens het heetste deel van de dag.

"Klimaatwetenschappers hebben de wolken, maar ze missen de timing, " Zei Porporato. "Er is een sterke gevoeligheid tussen de dagelijkse wolkencyclus en temperatuur. Het is alsof iemand 's nachts een deken aantrekt of overdag een parasol gebruikt. Als je dat mist, Het maakt een enorm verschil."

De onderzoekers gebruikten satellietbeelden van 1986-2005 om de gemiddelde dagelijkse cycli van wolken in elk seizoen wereldwijd te berekenen. Yin analyseerde de bewolking met tussenpozen van drie uur, kijkend naar meer dan 6, 000 punten op de wereld van 175 mijl bij 175 mijl elk.

Yin en Porporato vergeleken hun gemiddelden met die van negen klimaatmodellen van klimaatwetenschappers. De meeste modellen hebben de grootste dekking in de ochtend boven het land in plaats van in de vroege namiddag, wanneer wolken de aarde beschermen tegen de meest intense hitte van de zon. "Een klein verschil in timing kan een grote stralingsimpact hebben, ' zei Yin.

De onderzoekers zijn van plan om het effect te onderzoeken dat verschillende soorten wolken hebben op projecties van klimaatmodellen, evenals hoe wolkencycli de jaar-tot-jaar variatie van de temperatuur op aarde beïnvloeden, vooral in verband met extreme regenval.

Gabriël Katul, hoogleraar hydrologie en micrometeorologie aan de Duke University, zei dat "de betekenis vrij groot is" van het nauwkeurig modelleren van de dagelijkse wolkencyclus. Katul was niet betrokken bij het onderzoek, maar is er wel bekend mee.

De wolkencyclus kan wijzen op tekortkomingen in de karakterisering van oppervlakteverwarming en atmosferische waterdamp, die beide nodig zijn voor wolkenvorming, hij zei. Beide factoren bepalen ook hoe het laagste deel van de atmosfeer van de aarde - bekend als de atmosferische grenslaag - interageert met het oppervlak van de planeet.

"Het modelleren van de groei en ineenstorting van de grenslaag is beladen met moeilijkheden omdat het complexe processen met zich meebrengt die te veel vereenvoudigd moeten worden in klimaatmodellen, ' zei Katul. 'Dus, het onderzoeken van de timing van wolkenvorming en wolkendikte is belangrijk op de dagelijkse schaal, juist omdat die tijdschalen het meest relevant zijn voor de dynamiek van de grenslaag en de warmte- en waterdampuitwisseling van het oppervlak-atmosfeer."

Als het om wolken gaat, klimaatmodellen zijn doorgaans gericht op mechanismen, ruimtelijke gebieden en tijdschalen, zoals luchtvervuiling en microfysica, honderden vierkante kilometers, en seizoenen, respectievelijk - die groter en meer algemeen zijn, zei Katul. "Er zijn praktische redenen waarom gegevensmodelvergelijkingen werden uitgevoerd op een manier die de dagelijkse variatie in wolken maskeerde, " zei hij. "De dagelijkse variatie werd enigszins gemaskeerd door het feit dat veel van de prestaties van het klimaatmodel werden gerapporteerd over gemiddelden op langere termijn en op grotere schaal."

Door de timing en dikte van de dagelijkse wolkencyclus op wereldwijde schaal vast te leggen, echter, Yin en Porporato hebben wetenschappers een hulpmiddel gegeven om te bevestigen of klimaatmodellen de wolkenvorming en de interactie tussen wolken en de atmosfeer treffend weergeven.

"De wereldwijde dekking en nadruk op zowel 'timing' als 'bedrag' zijn opmerkelijk. Voor zover ik weet, dit is de eerste studie die dit veelvoud aan modellen op zo'n coherente manier onderzoekt, " zei Katul. "Ik weet zeker dat dit soort werk nieuwe perspectieven zal bieden om de weergave van wolken te verbeteren. Het zou me niet verbazen als dit artikel in het toekomstige IPCC [U.N. Intergouvernementeel Panel over klimaatverandering] rapporten."

De krant, "Vooroordelen over de dagelijkse bewolking in klimaatmodellen, " werd online gepubliceerd op 22 december door Natuurcommunicatie .