En ny studie använder satellitdata över södra halvklotet för att förstå global molnsammansättning under den industriella revolutionen. Denna forskning tar itu med en av de största osäkerheterna i dagens klimatmodeller – den långsiktiga effekten av små atmosfäriska partiklar på klimatförändringen.

Klimatmodeller inkluderar för närvarande den globala uppvärmningseffekten av växthusgaser samt kyleffekterna av atmosfäriska aerosoler. De små partiklarna som utgör dessa aerosoler produceras av mänskliga källor som utsläpp från bilar och industri, samt naturliga källor som växtplankton och havssprej.

De kan direkt påverka flödet av solljus och värme i jordens atmosfär samt interagera med moln. Ett av sätten att göra detta på är att stärka molnens förmåga att reflektera solljus tillbaka ut i rymden genom att öka deras droppkoncentration. Detta kyler i sin tur planeten. Mängden solljus som reflekteras till rymden hänvisas till jordens albedo.

Dock, det har varit extremt begränsad förståelse för hur aerosolkoncentrationen har förändrats mellan tidig industriell tid och nutid. Denna brist på information begränsar klimatmodellernas förmåga att exakt uppskatta de långsiktiga effekterna av aerosoler på globala temperaturer - och hur stor effekt de kan ha i framtiden.

Nu, en internationell studie ledd av universiteten i Leeds och Washington har insett att avlägsna, orörda delar av södra halvklotet ger ett fönster in i hur den tidiga industriella atmosfären såg ut.

Teamet använde satellitmätningar av molndroppskoncentration i atmosfären över norra halvklotet – kraftigt förorenat med dagens industriella aerosoler – och över det relativt orörda södra havet.

De använde dessa mätningar för att kvantifiera möjliga förändringar på grund av industriella aerosoler i jordens albedo sedan 1850.

Resultaten, publiceras idag i tidskriften PNAS , tyder på att de tidiga industriella aerosolkoncentrationerna och antalet molndroppar var mycket högre än vad som för närvarande uppskattas av många globala klimatmodeller. Detta kan innebära att mänskligt genererade atmosfäriska aerosoler inte har en så stark kyleffekt som vissa klimatmodeller uppskattar. Studien tyder på att effekten sannolikt är mer måttlig.

Medförfattare, Daniel McCoy, Forskarassistent vid School of Earth and Environment i Leeds, sa:"Begränsningar i vår förmåga att mäta aerosoler i den tidiga industriella atmosfären har gjort det svårt att minska osäkerheten i hur mycket uppvärmning det kommer att bli under 2000-talet.

"Iskärnor ger koldioxidkoncentrationer från årtusenden i det förflutna, men aerosoler hänger inte runt på samma sätt. Ett sätt som vi kan försöka se bakåt i tiden är att undersöka en del av atmosfären som vi ännu inte har förorenat.

"Dessa avlägsna områden ger oss en inblick i vårt förflutna och detta hjälper oss att förstå klimatrekorden och förbättra våra förutsägelser om vad som kommer att hända i framtiden."

Medförfattare, Isabel McCoy, från Atmospheric Sciences Department i Washington, sa:"En av de största överraskningarna för oss var hur hög koncentrationen av molndroppar är i södra oceanens moln. Sättet som molndropparnas koncentration ökar på sommaren säger oss att havsbiologin spelar en viktig roll för att ställa in molnens ljusstyrka i oförorenad hav nu och förr.

"Vi ser höga molndroppskoncentrationer i satellit- och flygobservationer, men inte i klimatmodeller. Detta tyder på att det finns luckor i modellrepresentationen av aerosol-molninteraktioner och aerosolproduktionsmekanismer i orörda miljöer.

"När vi fortsätter att observera orörda miljöer genom satellit, flygplan, och markplattformar, vi kan förbättra representationen av de komplexa mekanismerna som styr molnens ljusstyrka i klimatmodeller och öka noggrannheten i våra klimatprognoser."

Medförfattare Leighton Regayre, en forskare också från School of Earth and Environment i Leeds, sa:"Vetenskapen som stöder våra klimatmodeller förbättras hela tiden. Dessa modeller tar itu med några av de mest pressande och komplexa miljöfrågorna i den moderna eran och klimatforskare har alltid varit uppmärksamma på det faktum att osäkerheter finns.

"Vi kommer bara att nå svaren vi behöver för att bekämpa den globala uppvärmningen genom att regelbundet förhöra vetenskapen. Vårt team använde miljontals varianter av en modell för att utforska alla potentiella osäkerheter, motsvarigheten till att ha en klinisk prövning med miljontals deltagare.

"Vi hoppas att våra resultat, tillsammans med studier om den detaljerade processen för aerosolproduktion och aerosol-molninteraktioner i orörda miljöer som vårt arbete har motiverat, kommer att hjälpa till att vägleda utvecklingen av nästa generations klimatmodeller."

Uppsatsen "The hemispheric contrast in cloud microphysical properties constrains aerosol forcering" publiceras i PNAS , 27 juli 2020.