Microfysica van wolkdruppels beïnvloedt de nauwkeurigheid van huidige klimaatmodellen
De manier waarop clusters van waterdruppels van verschillende grootte binnen wolken zijn verdeeld, heeft invloed op de eigenschappen van de wolken op grotere schaal, zoals hoe licht wordt verspreid en hoe snel neerslag ontstaat. Het bestuderen en simuleren van de microfysische structuur van wolkendruppels is een uitdaging. Recentelijke veldobservaties hebben echter cruciale gegevens op centimeter-niveau geleverd over de grootteverdelingen van wolkendruppels in stratocumuluswolken, waardoor onderzoekers hun modellen beter kunnen afstemmen op de werkelijkheid.
De simulaties van karakteristieke grootteverdelingen van druppels die deze modellen leveren, zijn waarschijnlijk te uniform, zeggen Nithin Allwayin en collega’s. Deze verstoorde microfysische structuur kan cloudsimulaties en de klimaatmodellen die deze gebruiken, op het verkeerde pad brengen. Hun paper is gepubliceerd in het tijdschrift Geophysical Research Letters.
De auteurs vergelijken de nieuwe geobserveerde gegevens over de microfysische structuur van wolken met resultaten van grote-eddysimulaties (LES) van stratocumuluswolken. Op convectieve schalen toonde het model intrigerende correlaties tussen de kenmerken van druppelclusters en de algemene fysica van de wolken. Bijvoorbeeld, gebieden van de wolken die gedomineerd werden door motregen hadden de neiging om grotere druppels te hebben, maar niet noodzakelijkerwijs meer totale waterinhoud. De opstijgende gebieden van de wolken hadden daarentegen kleinere druppels en een nauwere verdeling van de druppelgrootte.
Echter, op grotere ruimtelijke schalen leken de karakteristieke grootteverdelingen van druppels in het model zeer vergelijkbaar te zijn in verschillende delen van een wolk. Dit wijkt sterk af van de observaties, die aantonen dat de grootteverdelingen variëren over grote-eddyschalen binnen de wolk.
Een verklaring zou kunnen zijn dat het proces van insluiting – waarbij drogere lucht in een wolk wordt geïntroduceerd en verdamping veroorzaakt – in deze modellen niet goed wordt opgelost, zeggen de auteurs, en wijzen op een relatie tussen observaties van karakteristieke grootteverdelingen van druppels en lokale insluitingspercentages. Bovendien gaan modellen vaak uit van uniforme eigenschappen van de grenslaag, zoals oppervlaktefluxen en aerosoltypen, over wolken heen.
De auteurs betogen dat een beter begrip van de microfysica van wolken en de link naar insluiting en grensfluxen nodig is om de atmosferische modellering vooruit te helpen. De LES-runs in deze studie zijn geïdealiseerde gevallen, voegen de onderzoekers toe, wat in gedachten moet worden gehouden bij het interpreteren van hun resultaten. Toekomstig onderzoek zou zich moeten richten op het begrijpen van de rol van horizontale gradiënten in aerosolconcentraties, evenals het verbeteren van modelinsluitingslagen, zoals de auteurs suggereren. Lagrangiaanse schema’s in LES-modellen zouden meer belofte kunnen bieden voor dit werk.
