Изменение высоты облаков оказало минимальное влияние на климатическую чувствительность Земли

Облака над Атлантикой, сфотографированные во время кампании ORCESTRA. Автор: Тристан Востри

Облака играют важную роль в энергетическом балансе Земли, поскольку они по-разному взаимодействуют с излучением. С одной стороны, низкие облака отражают поступающее солнечное излучение и тем самым охлаждают Землю благодаря свойству, известному как альбедо. С другой стороны, облака, в основном на больших высотах, препятствуют выходу теплового излучения в космос, что оказывает согревающий эффект. В целом, в настоящее время преобладает охлаждающий эффект.

Если глобальное потепление приведёт к изменению протяжённости или яркости облаков, это может увеличить или уменьшить их альбедо и, соответственно, охлаждающий эффект. Согревающий эффект облаков может измениться, если они переместятся на другие высоты по мере роста температур. Оба фактора повлияли бы на климатическую чувствительность, которая измеряет, насколько прогревается поверхность Земли при удвоении содержания углекислого газа и является ключевым показателем для климатических прогнозов.

Чтобы изолировать аспект изменения высоты облаков, группа под руководством Лукаса Клуфта из Института метеорологии Макса Планка (MPI-M) исследовала радиационный эффект облаков при постоянном альбедо с помощью простой идеализированной модели. Статья опубликована в журнале Atmospheric Chemistry and Physics.

Как потепление влияет на высоту облаков

В модели атмосфера представлена в виде воздушного столба с типичным профилем температуры и давления. Исследователи разместили облака в трёх слоях: низкие облака у поверхности, облака среднего уровня, формирующиеся на уровне замерзания, и высокие ледяные облака. Эксперимент предполагал, что альбедо этих облаков не меняется с ростом глобальных температур, но позволял им подниматься или опускаться.

«Прелесть таких упрощённых моделей заключается в их близости к нашему концептуальному пониманию. В своей простоте они чётко определены, что позволяет нам целенаправленно экспериментировать», — говорит Клуфт.

Поскольку упрощённая модель не позволяет предсказать свойства облаков, исследователи смоделировали большое количество правдоподобных комбинаций облаков, соответствующих текущим спутниковым измерениям. Рассчитанная для этих примерно 500 конфигураций с фиксированным альбедо климатическая чувствительность составила 2,2°C для удвоения уровня углекислого газа, что чуть ниже теоретического значения для полностью безоблачной атмосферы при отсутствии каких-либо изменений поверхности.

Когда исследователи повысили температуру в своей модели, низкие облака остались на том же уровне давления и стали теплее. Облака среднего и высокого уровня переместились на большие высоты и в значительной степени сохранили свою температуру. Хотя неизменная температура приводит к большему потеплению, более высокая высота также ослабляет парниковый эффект углекислого газа. Эти два эффекта компенсируют друг друга, поэтому общая климатическая чувствительность остаётся почти неизменной.

Важное эталонное значение

«Для нас было важно установить базовый уровень, подразумеваемый теоретическим пониманием: мы можем понять климатическую чувствительность в 2,2°C. Если наши более сложные климатические модели дают другие значения, мы можем исследовать происхождение возможных отклонений», — поясняет Клуфт.

Например, простое учёт отступления поверхностного снега и льда при потеплении увеличивает ожидаемую климатическую чувствительность до более часто цитируемых значений около 3°C. Таким образом, исследователи установили важное эталонное значение, которое может лечь в основу дальнейших исследований, например, потенциальных изменений альбедо облаков с использованием нового поколения моделей земной системы, разрабатываемых в институте.

Больше информации: Lukas Kluft et al, A conceptual framework for understanding longwave cloud effects on climate sensitivity, Atmospheric Chemistry and Physics (2025). DOI: 10.5194/acp-25-9075-2025

Источник: Max Planck Society