Los fragmentos de hielo en las nubes antárticas permiten que más energía solar llegue a la superficie de la Tierra

Las nubes vienen en innumerables formas, tamaños y tipos, que controlan sus efectos sobre el clima. Una nueva investigación dirigida por la Universidad de Washington muestra que la astillación de gotas de líquido congelado para formar fragmentos de hielo dentro de las nubes del Océano Austral afecta dramáticamente la capacidad de las nubes para reflejar la luz solar de regreso al espacio.

El artículo, publicado el 4 de marzo en la revista de acceso abierto Adelantos AGUmuestra que la inclusión de este proceso de fragmentación del hielo mejora la capacidad de los modelos globales de alta resolución para simular nubes sobre el Océano Austral y, por lo tanto, la capacidad de los modelos para simular el clima de la Tierra.

«Las nubes bajas del Océano Austral no deben tratarse como nubes líquidas», dijo la autora principal Rachel Atlas, estudiante de doctorado en ciencias atmosféricas de la UW. «La formación de hielo en las nubes bajas del Océano Austral tiene un efecto sustancial en las propiedades de las nubes y debe tenerse en cuenta en los modelos globales».

Los resultados muestran que es importante incluir el proceso por el cual las partículas heladas chocan con gotas de agua superenfriadas, lo que hace que se congelen y luego se rompan, formando muchos más fragmentos de hielo. Hacerlo hace que las nubes se atenúen o disminuya su reflectancia, lo que permite que llegue más luz solar a la superficie del océano.

La diferencia entre incluir los detalles de la formación de hielo dentro de las nubes y no incluirlos fue de 10 vatios por metro cuadrado entre 45 grados sur y 65 grados sur en el verano, que es energía suficiente para tener un efecto significativo en la temperatura.

El comportamiento del hielo dentro de las nubes afecta la forma tridimensional de las nubes y la cantidad de luz solar que se refleja de regreso al espacio. Las flechas en la parte superior muestran que la nube de la izquierda refleja menos luz solar (flecha más pequeña) que la nube de la derecha, por lo que llega más energía solar a la superficie del océano. A la izquierda, un escarcha grande o trozo de hielo (rayo solar azul) atrae agua líquida, que se congela y luego se rompe para crear fragmentos (rectángulos azules). Estos fragmentos crecen a medida que se les congela más agua, por lo que la fragmentación permite que las partículas de hielo crezcan en las nubes a expensas de las gotas de líquido. A medida que caen estos fragmentos de hielo más grandes y de crecimiento más rápido (lado izquierdo), queda menos agua líquida para esparcirse y dispersarse horizontalmente (lado derecho). Crédito: Atlas et al. / Adelantos AGU

El estudio utilizó observaciones de una campaña de campo de 2018 que voló a través de las nubes del Océano Austral, así como datos del satélite CERES de la NASA y el satélite japonés Himawari-8.

La formación de hielo reduce la reflectancia de las nubes porque las partículas de hielo se forman, crecen y caen de la nube de manera muy eficiente.

«Los cristales de hielo agotan por completo gran parte de la nube más delgada, lo que reduce la cobertura horizontal», dijo Atlas. «Los cristales de hielo también agotan parte del líquido en los núcleos gruesos de la nube. Por lo tanto, las partículas de hielo reducen la cubierta de nubes y atenúan la nube restante».

En febrero, que es verano en el Océano Antártico, alrededor del 90 % de los cielos están cubiertos de nubes, y al menos el 25 % de esas nubes están afectadas por el tipo de formación de hielo que fue el foco del estudio. Obtener las nubes correctamente, especialmente en los nuevos modelos que utilizan un espacio de cuadrícula más pequeño para incluir nubes y tormentas, es importante para calcular la cantidad de radiación solar que llega a la Tierra.

«El Océano Austral es un sumidero de calor global masivo, pero su capacidad para absorber el calor de la atmósfera depende de la estructura de temperatura de la parte superior del océano, que se relaciona con la capa de nubes», dijo Atlas.

Los coautores del estudio son Chris Bretherton, profesor emérito de ciencias atmosféricas de la UW ahora en el Instituto Allen para la IA en Seattle; Marat Khairoutdinov de la Universidad de Stony Brook en Nueva York; y Peter Blossey, científico investigador de la UW en ciencias atmosféricas.