Forskare vid Princeton University har funnit att klimatmodellerna som forskare använder för att projicera framtida förhållanden på vår planet underskattar den kylande effekt som moln har på en daglig – och till och med varje timme – basis, särskilt över land.

Forskarna rapporterar i tidskriften Naturkommunikation 22 december att modeller tenderar att ta med för mycket av solens dagliga värme, vilket resulterar i varmare, torrare förhållanden än vad som faktiskt kan inträffa. Forskarna fann att felaktigheter i redovisningen av dagtid, eller dagligen, molncykeln verkade inte ogiltigförklara klimatprognoser, men de ökade felmarginalen för ett avgörande verktyg som forskare använder för att förstå hur klimatförändringarna kommer att påverka oss.

"Det är viktigt att få rätt resultat av rätt anledning, " sa motsvarande författare Amilcare Porporato, en professor i civil- och miljöteknik och Princeton Environmental Institute. "Dessa fel kan sippra ner i andra förändringar, som att projicera färre och svagare stormar. Vi hoppas att våra resultat är användbara för att förbättra hur moln modelleras, vilket skulle förbättra kalibreringen av klimatmodeller och göra resultaten mycket mer tillförlitliga."

Porporato och första författaren Jun Yin, en postdoktoral forskarassistent inom civil- och miljöteknik, fann att inte korrekt fånga den dagliga molncykeln har solen bombarderat jorden med ytterligare 1-2 watt energi per kvadratmeter. Den ökade koldioxiden i atmosfären sedan början av industriåldern beräknas producera 3,7 watt extra energi per kvadratmeter. "Felet här är hälften av det, så i den meningen blir det betydande, sa Porporato.

Yin och Porporato genomförde sin studie efter att ha deltagit i ett seminarium om molntäckning och klimatkänslighet. "Talaren pratade mycket om var molnen är, men inte när, "Sade Yin. "Vi tyckte att timingen var lika viktig och vi blev förvånade över att det fanns färre studier om det."

Molnen förändras under dagen och från dag till dag. Klimatmodeller gör ett bra jobb med att fånga den genomsnittliga molntäckningen, Yin sa, men de missar viktiga toppar i faktisk molntäckning. Dessa toppar kan ha en dramatisk effekt på dagliga förhållanden, som tidig eftermiddag under den varmaste delen av dagen.

"Klimatforskare har molnen, men de missar timingen, ", sa Porporato. "Det finns en stark känslighet mellan den dagliga molncykeln och temperaturen. Det är som en person som tar på sig en filt på natten eller använder ett parasoll på dagen. Om du missar det, Det gör en enorm skillnad."

Forskarna använde satellitbilder från 1986-2005 för att beräkna de genomsnittliga dygnscyklerna av moln under varje årstid över hela världen. Yin analyserade molntäckningen med tre timmars intervall, tittar på fler än 6, 000 poäng på jordklotet som mäter 175 miles med 175 miles vardera.

Yin och Porporato jämförde medelvärdena de kom fram till med de från nio klimatmodeller som används av klimatforskare. Majoriteten av modellerna har den tjockaste täckningen som inträffar på morgonen över landet snarare än på tidig eftermiddag när molnen skyddar jorden från solens mest intensiva värme. "En liten skillnad i timing kan ha en stor strålningseffekt, " sa Yin.

Forskarna planerar att utforska vilken effekt olika typer av moln har på klimatmodellprojektioner, samt hur molncykler påverkar variationen från år till år av jordens temperatur, speciellt i förhållande till extrema regn.

Gabriel Katul, professor i hydrologi och mikrometeorologi vid Duke University, sade att "betydelsen är ganska hög" för att exakt modellera den dagliga molncykeln. Katul var inte involverad i forskningen men känner till den.

Molncykeln kan indikera brister i karakteriseringen av ytvärme och atmosfärisk vattenånga, som båda är nödvändiga för molnbildning, han sa. Båda faktorerna styr också hur den lägsta delen av jordens atmosfär - känd som atmosfärens gränsskikt - interagerar med planetens yta.

"Modelleringen av gränsskiktstillväxt och kollaps är kantad av svårigheter eftersom det involverar komplexa processer som måste förenklas alltför i klimatmodeller, " sa Katul. "Så, Att utforska tidpunkten för molnbildning och molntjocklek är betydelsefull på dygnsskala just för att dessa tidsskalor är de mest relevanta för gränsskiktsdynamik och yt-atmosfärens värme och vattenånga utbyte."

När det kommer till moln, klimatmodeller har vanligtvis fokuserat på mekanismer, rumsliga områden och tidsskalor – såsom luftföroreningar och mikrofysik, hundratals kvadratkilometer, och årstider, - som är större och mer generaliserade, sa Katul. "Det finns praktiska skäl till att jämförelser av datamodeller utfördes på ett sätt som maskerade den dygnsvariationen i moln, ", sa han. "Dagliga variationer maskerades något av det faktum att mycket av klimatmodellens prestanda rapporterades över längre sikt och större medelvärden."

Genom att fånga tidpunkten och tjockleken för den dagliga molncykeln på global skala, dock, Yin och Porporato har försett forskare med ett verktyg för att bekräfta om klimatmodeller på lämpligt sätt skildrar molnbildning och samspelet mellan moln och atmosfären.

"Den globala täckningen och betoningen på både" timing "och" belopp "är anmärkningsvärda. Så vitt jag vet är detta är den första studien som utforskar denna mångfald av modeller på ett så sammanhängande sätt, ", sa Katul. "Jag är säker på att den här typen av arbete kommer att erbjuda nya perspektiv för att förbättra representationen av moln. Jag skulle inte bli förvånad över att se detta papper starkt citerat i framtida IPCC [U.N. Mellanstatliga panelen för klimatförändringar]. "

Pappret, "Dagliga molncykelfördomar i klimatmodeller, " publicerades online den 22 december av Naturkommunikation .