En ny NASA-ledd studie hjälper till att besvara decennier gamla frågor om vilken roll rök och mänskligt orsakade luftföroreningar spelar på moln och nederbörd. Ser man specifikt på djupa konvektiva moln – höga moln som åskmoln, bildas av varm luft som stiger upp—studien visar att rökig luft gör det svårare för dessa moln att växa. Förorening, å andra sidan, stimulerar deras tillväxt, men bara om föroreningarna inte är stora. Extrema föroreningar kommer sannolikt att stoppa molntillväxten.

Forskare ledda av forskaren Jonathan Jiang från NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, använde observationsdata från två NASA-satelliter för att undersöka effekterna av rök och mänskligt skapade luftföroreningar vid olika koncentrationer på djupa konvektiva moln.

De två satelliterna – Cloud-Aerosol Lidar och Infrared Pathfinder Satellite Observation (CALIPSO) och CloudSat – kretsade på samma spår bara några sekunder från 2006 fram till i år. CloudSat använder en radar för att mäta molnplatser och höjder över hela världen, och CALIPSO använder ett instrument som kallas lidar för att mäta rök, damm, föroreningar och andra mikroskopiska partiklar i luften, som gemensamt kallas aerosoler, på samma platser nästan samtidigt. De kombinerade datamängderna gör det möjligt för forskare att studera hur aerosolpartiklar påverkar moln.

CALIPSO kan klassificera aerosoler i flera typer, en förmåga som förbättrades för två år sedan när CALIPSOs uppdragsteam utvecklade förbättrade databehandlingstekniker. Ungefär samtidigt, CloudSat-teamet förbättrade också sin klassificering av molntyperna. Jiangs team visste att dessa förbättringar hade potential att klargöra hur olika aerosoler påverkar molnens förmåga att växa. Det tog honom och hans kollegor ungefär två år att gå igenom båda datamängderna, välj den bästa femårsperioden och jordregionerna att studera, och gör analysen.

Moln kan vanligtvis inte bildas utan vissa aerosoler, eftersom vattenånga i luften inte lätt kondenserar till flytande vatten eller is om den inte kommer i kontakt med en aerosolpartikel. Men det finns många typer av aerosoler - inte bara de som studeras här utan vulkanaska, havssalt och pollen, till exempel – med ett brett utbud av storlekar, färger, platser och andra egenskaper. Alla dessa egenskaper påverkar hur aerosoler interagerar med moln. Även samma typ av aerosol kan ha olika effekter på olika höjder i atmosfären eller vid olika koncentrationer av partiklar.

Rökpartiklar absorberar värmestrålning från marken. Detta ökar temperaturen på rökpartiklarna, som sedan kan värma luften. Samtidigt blockerar de inkommande solljus, vilket håller marken svalare. Det minskar temperaturskillnaden mellan marken och luften. För att moln ska bildas, marken måste vara varmare och luften svalare så att fukten på marken kan avdunsta, stiga och kondensera högre i atmosfären. Genom att minska temperaturgapet mellan marken och luften, rök hämmar molnbildning och tillväxt.

Människoförorenande aerosoler som sulfater och nitrater, å andra sidan, absorberar inte mycket värmestrålning. I måttliga koncentrationer, de tillför fler partiklar till atmosfären för vatten att kondensera på, gör det möjligt för molnen att växa sig högre. Om föroreningarna är mycket stora, dock, det stora antalet partiklar på himlen blockerar inkommande solljus – en effekt som ofta syns i världens mest förorenade städer. Det kyler marken precis som rökaerosoler gör, hämmar bildandet av moln.

Forskarna studerade också dammaerosoler och fann att deras egenskaper varierade så mycket från plats till plats att de antingen kunde undertrycka eller aktivera molnbildning. "Det handlar om komplexiteten i dammfärg och storlek, " sade Jiang. "Sahara-damm kan vara lättare, medan damm från en asiatisk öken sannolikt kan vara mörkare." En filt av ljusare eller mindre damm sprider inkommande solljus samtidigt som det inte värmer luften. Större eller mörkare dammpartiklar absorberar solljus och värmer luften.

Uppsatsen i Nature Communications har titeln "Kontrasteffekter på djupa konvektiva moln av olika typer av aerosoler."