エアロゾルは、雲の寿命と明るさを、層状星から積乱雲への遷移に沿って増加させる

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Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A..2020 Jul;201921231. doi: 10.1073/pnas.1921231117.Epub 2020-07-13.

エアロゾルは、雲の寿命と明るさを、層状星から積乱雲への遷移に沿って増加させる

Aerosols enhance cloud lifetime and brightness along the stratus-to-cumulus transition.

Matthew W Christensen
William K Jones
Philip Stier

PMID: 32661149 DOI: 10.1073/pnas.1921231117.

抄録

人為的なエアロゾルは、惑星のアルベドを向上させ、地球大気中の温室効果ガスの蓄積による温暖化の一部を相殺するという仮説が立てられている。エアロゾルは、暖かい低層雲の被覆率、反射率、寿命を向上させることができる。しかし、雲の寿命とエアロゾル濃度の関係を極地周回衛星から測定することは困難であった。本研究では、雲と地球放射エネルギーシステム(CERES)シノプティック(SYN)プロダクトから提供される静止衛星の複数年分の観測データを用いて、[式：本文参照]の空間領域における低層雲の形成と持続性に関連する2つのタイムスケールを推定した。古典的な成層から積乱への移行帯に沿って数日にわたるラグランジュ軌道を、エアロゾルの光学的深さと気象学によって層別化した。比較的汚染された軌道で形成された雲は、汚染されていない軌道に比べて降水量が少なく、平均寿命が長く、雲のアルベドと雲分率が高い傾向がある。液体水の経路の違いは無視できる程度であるが, 主に水滴濃度の増加 ([式:本文参照]) と雲分率の増加によって惑星のアルベドが増加していることを示している.雲分率の増加は軌道の初期に大きくなることがあるが、Twomey効果はエアロゾルの間接放射強制の推定値の大部分(約3/4)を占めている。

Anthropogenic aerosols are hypothesized to enhance planetary albedo and offset some of the warming due to the buildup of greenhouse gases in Earth's atmosphere. Aerosols can enhance the coverage, reflectance, and lifetime of warm low-level clouds. However, the relationship between cloud lifetime and aerosol concentration has been challenging to measure from polar orbiting satellites. We estimate two timescales relating to the formation and persistence of low-level clouds over [Formula: see text] spatial domains using multiple years of geostationary satellite observations provided by the Clouds and Earth's Radiant Energy System (CERES) Synoptic (SYN) product. Lagrangian trajectories spanning several days along the classic stratus-to-cumulus transition zone are stratified by aerosol optical depth and meteorology. Clouds forming in relatively polluted trajectories tend to have lighter precipitation rates, longer average lifetime, and higher cloud albedo and cloud fraction compared with unpolluted trajectories. While liquid water path differences are found to be negligible, we find direct evidence of increased planetary albedo primarily through increased drop concentration ([Formula: see text]) and cloud fraction, with the caveat that the aerosol influence on cloud fraction is positive only for stable atmospheric conditions. While the increase in cloud fraction can be large typically in the beginning of trajectories, the Twomey effect accounts for the bulk (roughly 3/4) of the total aerosol indirect radiative forcing estimate.