A large-eddy simulation perspective on Arctic airmass transformation and low-level cloud evolution
Authors: Δημητρέλος Αντώνιος 
Published: May 2023

Η Αρκτική αυτή τη στιγμή θερμαίνεται ταχύτερα από άλλες περιοχές της Γης. Πολλές διαδικασίες και ανατροφοδοτήσεις συμβάλλουν στην ενισχυμένη θέρμανση. Μεταξύ αυτών είναι οι ακτινοβολίες των νεφών. Τα νέφη μικτής φάσης της Αρκτικής που περιέχουν τόσο υγρό όσο και συμπύκνωμα πάγου, έχουν υψηλή διάρκεια ζωής και μπορούν να ασκήσουν σημαντική επιφανειακή θέρμανση, καθώς η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας στην περιοχή είναι σχετικά χαμηλή και η ανακλαστικότητα της επιφάνειας είναι συχνά υψηλή. Σε αυτή τη διατριβή, μελετάμε αυτά τα σύννεφα χρησιμοποιώντας ένα μεγάλο μοντέλο στροβιλισμού σε συνδυασμό με μονοδιάστατο θερμοδυναμικό μοντέλο θαλάσσιου πάγου. Ο κύριος στόχος είναι να κατανοήσουμε τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ της δυναμικής των νεφών, της μικροφυσικής, της ακτινοβολίας και των τυρβωδών διεργασιών και πώς αυτές μαζί διέπουν τον κύκλο ζωής και την επιφανειακή θέρμανση των νεφών. Συγκρίνοντας μια ομάδα μοντέλων με παρατηρήσεις του καλοκαιριού στην Αρκτική, επιβεβαιώνουμε την υπόθεση ότι τότε όταν οι συγκεντρώσεις αερολύματος είναι χαμηλές, μια μικρή αύξηση στη συγκέντρωση του αριθμού τους μπορεί να αυξήσει την περιεκτικότητα σε υγρό νερό του νέφους και να ανατρέψει τη θέρμανση της επιφάνειας. Εξιδανικευμένες προσομοιώσεις υγρών εισβολών στην Αρκτική δείχνουν ότι η θερμοκρασία της επιφάνειας μπορεί να αυξηθεί κατά περισσότερο από 15 βαθμούς Κελσίου εάν επιτρέψουμε να σχηματιστεί σύννεφο κατά τη διάρκεια μιας εισβολής υγρασίας σε σύγκριση με το εάν η ατμόσφαιρα είναι απαλλαγμένη από σύννεφα. Οι προσομοιώσεις δείχνουν επίσης ότι ο ρυθμός απόκλισης μεγάλης κλίμακας επηρεάζει έντονα τη διατήρηση του υγρού στρώματος στην κορυφή αυτών των νεφών. Ένα βασικό εύρημα αυτής της διατριβής είναι ότι η θερμοκρασία του νέφους που σχηματίζεται κατά τη διάρκεια μιας εισβολής υγρασίας είναι κοντά στην αρχική θερμοκρασία του σημείου δρόσου. Έτσι, η επιφανειακή θέρμανση που προκαλείται από τα σύννεφα εξαρτάται κυρίως από την αρχική υγρασία της μάζας του αέρα παρά από την αρχική θερμοκρασία. Επιπλέον, η σταθερότητα του αρχικού προφίλ θερμοκρασίας του σημείου δρόσου ελέγχει σε μεγάλο βαθμό την τυρβώδη κατάσταση του νέφους. Εάν το προφίλ είναι ασταθές, τότε το σύννεφο μπορεί να μετατραπεί από μια λεπτή σταθερή στιβάδα σε ένα βαθύτερο σύννεφο στρωματοσωρεύσεως, το οποίο επίσης ενισχύει τη θέρμανση της επιφάνειας. Κατά συνέπεια, τόσο η αρχική ποσότητα όσο και η κατακόρυφη δομή της αρχικής υγρασίας της εισβολής είναι σημαντικές για τη θέρμανση του θαλάσσιου πάγου. Μια αλλαγή στον αριθμό των πυρήνων συμπύκνωσης του νέφους δεν επηρεάζει σημαντικά την εξέλιξη του νέφους υπό την προϋπόθεση ότι υπάρχει συνεχής παροχή αυτών των πυρήνων. Ωστόσο, εάν οι πηγές πυρήνων συμπύκνωσης νέφους απουσιάζουν, τότε το κύριο νέφος παραμένει στη σταθερή του κατάσταση. Επιπλέον, μια μείωση στο συμπύκνωμα του πάγου του νέφους που μπορεί να προκληθεί από την έλλειψη σωματιδίων πυρήνωσης πάγου μπορεί να καθυστερήσει τη μετατροπή του νέφους σε στρατοσώρευση. Αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι οποιαδήποτε μελλοντική αλλαγή στη φόρτωση αεροζόλ και τη μεταφορά ατμοσφαιρικής υγρασίας στην Αρκτική μπορεί να μεταβάλει το επιφανειακό ακτινοβολητικό φαινόμενο των μακρών κυμάτων και να προκαλέσει αλλαγές στην εξέλιξη του θαλάσσιου πάγου.