Paulo Ceppi és Peer Nowack, a londoni Imperial College szakemberei éghajlati modellszimulációkból, földmegfigyelő műholdak adataiból és meterológiai mérésekből indultak ki kutatásuk során. Ezeket egy gépi tanuláson alapuló statisztikai vizsgálathoz használták fel, amivel meghatározták, hogyan reagálnak a felhők az éghajlatváltozásra - olvasható a Qubit oldalán. Ennek során kiderült, hogy a klímaváltozás hatására a felhők erőteljes, úgynevezett pozitív visszacsatolást okoznak, amit főként a felszíni hőmérséklet és a légkör legalsó része, a troposzféra stabilitásának változása alakít. A kutatók ennek a visszacsatolásnak az értékét a korábbiakhoz képest jóval pontosabban, kisebb hibahatárokkal számították ki.

A kutatás középpontjában annak megállapítása volt, hogy ez a visszacsatolás mit jelent a klímaszenzitivitás (ECS, equilibrium climate sensitivity) szempontjából. Ez a koncepció, azt adja meg, hogy mekkora felmelegedéssel járhat hosszú távon a légköri szén-dioxid-szint megduplázódása. A szakemberek a felhők hatását elemezve 3,2 Celsius-fokra jutottak, és lényegében kizárták annak lehetőségét, hogy az érték 2 fok alá süllyedjen. Ezzel együtt viszont az is kevéssé valószínű, hogy a felmelegedés 4 fok felett alakuljon, mint azt egyes új generációs CMIP6 éghajlati modellek eredményei korábban sugallták.

A most meghatározott 3,2 fok szinte egybevág egy tavalyi, az utolsó jégkorszak végének éghajlatváltozását vizsgáló kutatás eredményével, amely 3,1 fokos klímaszenzitivitást talált. Az Éghajlatváltozási Kormányközi Testület (IPCC) legújabb, 2021 augusztusi AR6 jelentése 3 fokban állapítja meg a klímaszenzitivitást, és nagyon valószínűnek tekinti, hogy az 2,5-4 fok közt legyen, ami a korábbi jelentésekhez képest lényegesen szűkebb intervallum.

Az IPCC által köztes vagy közepes kibocsátási forgatókönyvnek nevezett SSP2-4,5-t alapul véve, amely nagyjából a jelenlegi klímavállalások teljesülése esetén következhet be, az emberiség kicsivel 2075 előtt kétszerezheti meg (~560 ppm) a légkör szén-dioxid-tartalmát az ipari forradalom előttihez képest (~280 ppm). Az SSP2-4,5 forgatókönyv az IPCC-jelentés alapján 2100-ig 2,7 fokos felmelegedéssel járna.

Meghatározták, hogyan hat a hőmérséklet és a légkör változása a felhők viselkedésére

Mint Ceppi és Nowack tanulmányuk bevezetőjében kiemelik, az összes meglévő bizonyíték, az elméleti háttér, a földmegfigyelés és a modellek is egy irányba mutatnak. Ez pedig az, hogy a felhők éghajlatra mért hatása növekvő globális hőmérséklet esetén pozitív irányú. Ugyanakkor eddig nem sikerült a visszacsatolás közelítő értékét meghatározni, csak nagyon tág keretek közt. Mint a kutatók tanulmányukban magyarázzák, ennek az volt az oka, hogy az éghajlati modellek, a nagy felbontású modellek, valamint a regionális megfigyelések mind különböző korlátokkal rendelkeznek a felhők klímaváltozásra mért hatásának vizsgálata szempontjából.

Ezt a kutatók úgy kívánták feloldani, hogy megnézték, hogyan befolyásolják a felhők viselkedését olyan, a felhőkre ható fontos légköri jellemzők, mint a felszíni hőmérséklet, a troposzféra függőleges irányú áramlásainak sebessége vagy a relatív páratartalom. Ehhez kiválasztottak egy 5x5 szélességi és hosszúságú fokot lefedő négyzetet Dél-Amerika nyugati partvidékén, ahonnan megfelelő mennyiségű műholdas adat és más meteorológiai megfigyelés állt rendelkezésre.

A 2019 szeptembere és 2020 márciusa között végzett mérésekből kiderült, hogy a felhőket két fő tényező befolyásolja: a felszíni hőmérséklet és a légkör legalsó része, a troposzféra stabilitása. Emellett a gépi tanuláson alapuló statisztikai analízis segítségével végzett megfigyelések feltárták, hogyan alapul a felhők éghajlati hatása ezeknek a tényezőknek a térbeli változásán. Ennek a megközelítésnek fontos előnye, hogy mindez nem igényelt sem nagy felbontású szimulációkat, sem nagyon részletes megfigyeléseket, és csupán egy közel 20 éves adatsoron alapszik.

A felhők éghajlatra gyakorolt hatását a hőátbocsátási tényező mértékegységével -W/(m2⋅K), watt per négyzetméter-kelvin - adták meg, és 0,43-ban állapították meg, hozzátéve, hogy az érték nagy valószínűséggel 0,22-0,63 W/(m2⋅K) között alakul. Ez a 0,43-as visszacsatolási érték, mint a szakemberek megjegyzik, rendkívül közel van a CMIP éghajlati modellek összessített átlagához, ami 0,42 W/(m2⋅K).

A statisztikai vizsgálatukból az is kiderült, hogy globális szinten, szélességi foktól és magasságtól függően, a felhők visszacsatolásának mértéke és iránya nem azonos. A trópusoknál és középső szélességeken pozitív visszacsatolás dominál, míg a magas szélességeken inkább negatív. Az alacsonyan, 2000 méter alatt elhelyezkedő felhők pedig a kutatók szerint enyhe pozitív visszacsatolással járnak - ellentétben a korábban említett CMIP6 egyes modelljeivel, amelyek lényegesen nagyobb értéket becsültek.

Ceppi és Nowack végül arra keresték a választ, hogy miként hat a felhők viselkedése a klímaszenzitivitásra (a légköri szén-dioxid-szint megkétszerezésének hosszú távú hőmérsékleti hatása). Megerősítették, hogy a felhők visszacsatolása valóban lényeges hatással van rá, és azt is, hogy ez volt az egyik fontos tényező, amiért a klímaszenzitivitás értéke viszonylag tág keretek közt mozgott az utóbbi évtizedekben, egészen a közelmúltig.

A klímaszenzitivitást a hatás alapján 3,2 fokban állapították meg, és azt találták, hogy értéke 66%-os valószínűséggel 2,6 és 4,2 fok közt van. Ezzel egy időben lényegében kizárták annak a lehetőségét, hogy 2 fok alatt alakuljon, amire csak 0,5%-os esélyt adnak. Összességében kijelenthető tehát, hogy a felhők biztosan növelik az éghajlatváltozás mértékét, és az is, hogy az új eredmények szinte teljesen összhangban vannak a legújabb IPCC-jelentésben rögzített tudományos konszenzussal.