Een nieuwe door NASA geleide studie helpt bij het beantwoorden van decennia-oude vragen over de rol van rook en door de mens veroorzaakte luchtvervuiling op wolken en regenval. Specifiek kijkend naar diepe convectieve wolken - hoge wolken zoals onweerswolken, gevormd door opstijgende warme lucht - de studie toont aan dat rokerige lucht het moeilijker maakt voor deze wolken om te groeien. Vervuiling, anderzijds, stimuleert hun groei, maar alleen als de vervuiling niet zwaar is. Extreme vervuiling zal waarschijnlijk de groei van wolken stilleggen.

Onderzoekers onder leiding van wetenschapper Jonathan Jiang van NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, gebruikte observatiegegevens van twee NASA-satellieten om de effecten van rook en door mensen gemaakte luchtverontreinigende stoffen in verschillende concentraties op diepe convectieve wolken te onderzoeken.

De twee satellieten - de Cloud-Aerosol Lidar en Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO) en CloudSat - cirkelden op hetzelfde spoor, slechts een paar seconden na elkaar van 2006 tot dit jaar. CloudSat gebruikt een radar om locaties en hoogten van wolken wereldwijd te meten, en CALIPSO gebruikt een instrument genaamd lidar om rook te meten, stof, vervuiling en andere microscopisch kleine deeltjes in de lucht, die gezamenlijk aerosolen worden genoemd, op dezelfde plaatsen op bijna hetzelfde moment. Met de gecombineerde datasets kunnen wetenschappers bestuderen hoe aerosoldeeltjes wolken beïnvloeden.

CALIPSO kan spuitbussen indelen in verschillende typen, een mogelijkheid die twee jaar geleden werd verbeterd toen het CALIPSO-missieteam verbeterde gegevensverwerkingstechnieken ontwikkelde. Ongeveer tegelijkertijd, het CloudSat-team verbeterde ook de classificatie van de cloudtypen. Jiang's team wist dat deze verbeteringen het potentieel hadden om te verduidelijken hoe verschillende aerosolen het vermogen van wolken om te groeien beïnvloeden. Het kostte hem en zijn collega's ongeveer twee jaar om beide datasets door te nemen, kies de beste periode van vijf jaar en aardse regio's om te studeren, en doe de analyse.

Wolken kunnen zich doorgaans niet vormen zonder enkele aerosolen, omdat waterdamp in de lucht niet gemakkelijk condenseert tot vloeibaar water of ijs, tenzij het in contact komt met een aerosoldeeltje. Maar er zijn veel soorten aerosolen - niet alleen degene die hier zijn bestudeerd, maar ook vulkanische as, zeezout en stuifmeel, bijvoorbeeld - met een breed scala aan maten, kleuren, locaties en andere kenmerken. Al deze kenmerken zijn van invloed op de manier waarop aerosolen omgaan met wolken. Zelfs hetzelfde type aerosol kan verschillende effecten hebben op verschillende hoogten in de atmosfeer of bij verschillende concentraties van deeltjes.

Rookdeeltjes absorberen warmtestraling die door de grond wordt uitgezonden. Dit verhoogt de temperatuur van de rookdeeltjes, die vervolgens de lucht kan opwarmen. Tegelijkertijd blokkeren ze binnenkomend zonlicht, waardoor de grond koeler blijft. Dat verkleint het temperatuurverschil tussen de grond en de lucht. Om wolken te vormen, de grond moet warmer zijn en de lucht koeler zodat vocht op de grond kan verdampen, stijgen en condenseren hoger in de atmosfeer. Door het temperatuurverschil tussen de grond en de lucht te verkleinen, rook onderdrukt wolkenvorming en groei.

Menselijk vervuilende aerosolen zoals sulfaten en nitraten, anderzijds, absorberen niet veel warmtestraling. In matige concentraties, ze voegen meer deeltjes toe aan de atmosfeer waarop water kan condenseren, waardoor wolken groter kunnen worden. Als de vervuiling erg zwaar is, echter, het enorme aantal deeltjes in de lucht blokkeert binnenkomend zonlicht - een effect dat vaak zichtbaar is in 's werelds meest vervuilde steden. Dat koelt de grond net als rookaërosolen, het remmen van de vorming van wolken.

De wetenschappers bestudeerden ook stofaërosolen en ontdekten dat hun kenmerken van plaats tot plaats zo sterk verschilden dat ze wolkenvorming konden onderdrukken of stimuleren. "Het gaat om de complexiteit in stofkleur en grootte, Jiang zei. "Sahara-stof kan lichter zijn, terwijl stof uit een Aziatische woestijn waarschijnlijk donkerder is.' Een deken van lichter gekleurd of kleiner stof verstrooit inkomend zonlicht zonder de lucht op te warmen. Grotere of donkere stofdeeltjes absorberen zonlicht en verwarmen de lucht.

Het artikel in Nature Communications is getiteld "Contrasting Effects on Deep Convective Clouds by Different Types of Aerosols."