Een nieuwe studie maakt gebruik van satellietgegevens over het zuidelijk halfrond om de wereldwijde wolkensamenstelling tijdens de industriële revolutie te begrijpen. Dit onderzoek pakt een van de grootste onzekerheden in de huidige klimaatmodellen aan:het langetermijneffect van kleine atmosferische deeltjes op klimaatverandering.

Klimaatmodellen omvatten momenteel zowel het globale opwarmingseffect van broeikasgassen als de verkoelende effecten van atmosferische aerosolen. De kleine deeltjes waaruit deze aerosolen bestaan, worden geproduceerd door door de mens gemaakte bronnen zoals emissies van auto's en de industrie, evenals natuurlijke bronnen zoals fytoplankton en zeespray.

Ze kunnen de stroom van zonlicht en warmte in de atmosfeer van de aarde rechtstreeks beïnvloeden, evenals interactie met wolken. Een van de manieren waarop ze dit doen, is door het vermogen van wolken om zonlicht terug in de ruimte te reflecteren, te versterken door hun druppelconcentratie te verhogen. Dit koelt op zijn beurt de planeet af. De hoeveelheid zonlicht die naar de ruimte wordt gereflecteerd, wordt het albedo van de aarde genoemd.

Echter, er is extreem weinig inzicht in hoe de aërosolconcentratie is veranderd tussen de vroege industriële tijden en het heden. Dit gebrek aan informatie beperkt het vermogen van klimaatmodellen om de langetermijneffecten van aerosolen op de mondiale temperatuur nauwkeurig in te schatten - en hoeveel effect ze in de toekomst zouden kunnen hebben.

Nutsvoorzieningen, een internationale studie onder leiding van de universiteiten van Leeds en Washington heeft erkend dat afgelegen, ongerepte delen van het zuidelijk halfrond geven een beeld van hoe de vroeg-industriële atmosfeer eruit zag.

Het team gebruikte satellietmetingen van de concentratie van wolkendruppels in de atmosfeer boven het noordelijk halfrond - zwaar vervuild met de huidige industriële aerosolen - en over de relatief ongerepte Zuidelijke Oceaan.

Ze gebruikten deze metingen om de mogelijke veranderingen als gevolg van industriële aerosolen in het albedo van de aarde sinds 1850 te kwantificeren.

De resultaten, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift PNAS , suggereren dat vroeg-industriële aërosolconcentraties en aantallen wolkendruppels veel hoger waren dan momenteel wordt geschat door veel wereldwijde klimaatmodellen. Dit zou kunnen betekenen dat door mensen gegenereerde atmosferische aerosolen niet zo'n sterk koelend effect hebben als sommige klimaatmodellen schatten. De studie suggereert dat het effect waarschijnlijk gematigder is.

Mede-hoofdauteur, Daniël McCoy, Research Fellow aan de School of Earth and Environment in Leeds, zei:"Beperkingen in ons vermogen om aërosolen in de vroeg-industriële atmosfeer te meten, hebben het moeilijk gemaakt om onzekerheden te verminderen over hoeveel opwarming er in de 21e eeuw zal zijn.

"IJskernen zorgen voor kooldioxideconcentraties van millennia in het verleden, maar spuitbussen hangen niet op dezelfde manier rond. Een manier waarop we kunnen proberen terug te kijken in de tijd, is door een deel van de atmosfeer te onderzoeken dat we nog niet hebben vervuild.

"Deze afgelegen gebieden geven ons een kijkje in ons verleden en dit helpt ons het klimaatrecord te begrijpen en onze voorspellingen van wat er in de toekomst zal gebeuren te verbeteren."

Mede-hoofdauteur, Isabel McCoy, van de afdeling Atmosferische Wetenschappen in Washington, zei:"Een van de grootste verrassingen voor ons was hoe hoog de concentratie van wolkendruppeltjes is in de wolken van de Zuidelijke Oceaan. De manier waarop de concentratie van de wolkendruppeltjes in de zomer toeneemt, vertelt ons dat de oceaanbiologie een belangrijke rol speelt bij het instellen van de helderheid van de wolken in niet-verontreinigde oceanen nu en in het verleden.

"We zien hoge concentraties van wolkendruppels in satelliet- en vliegtuigobservaties, maar niet in klimaatmodellen. Dit suggereert dat er hiaten zijn in de modelrepresentatie van aërosol-wolkinteracties en aërosolproductiemechanismen in ongerepte omgevingen.

"Terwijl we ongerepte omgevingen blijven observeren via satelliet, vliegtuigen, en grondplatforms, we kunnen de weergave van de complexe mechanismen die de helderheid van wolken in klimaatmodellen regelen, verbeteren en de nauwkeurigheid van onze klimaatprojecties vergroten."

Co-auteur Leighton Regayre, een Research Fellow ook van de School of Earth and Environment in Leeds, zei:"De wetenschap die onze klimaatmodellen ondersteunt, verbetert voortdurend. Deze modellen pakken enkele van de meest dringende en complexe milieuvragen van de moderne tijd aan en klimaatwetenschappers zijn altijd openhartig geweest over het feit dat er onzekerheden bestaan.

"We gaan alleen de antwoorden vinden die we nodig hebben om de opwarming van de aarde tegen te gaan door de wetenschap regelmatig te ondervragen. Ons team gebruikte miljoenen varianten van een model om alle mogelijke onzekerheden te onderzoeken, het equivalent van een klinische proef met miljoenen deelnemers.

"We hopen dat onze bevindingen, samen met studies over het gedetailleerde proces van aërosolproductie en aërosol-wolkinteracties in ongerepte omgevingen die ons werk heeft gemotiveerd, zal helpen bij de ontwikkeling van de volgende generatie klimaatmodellen."

Het artikel "The hemispheric contrast in cloud microphysical properties constrains aerosol forcering" is gepubliceerd in: PNAS , 27 juli 2020.