A felhők dönthetik el a klímaváltozást

Melegítenek, hűtenek vagy épp árvizet okoznak. A felhőkben lehet a kulcs ahhoz, hogy megértsük a Föld klímáját és a ránk váró jövőt a következő évtizedekben. Ennek megértésében pedig áttörést hozhat a mesterséges intelligencia bevetése.

A felhők a Föld energia-egyensúlyában kettős szerepet játszanak: egyszerre képesek hűteni és melegíteni is a bolygót. Az alacsonyan elhelyezkedő, világosabb felhők jelentős mennyiségű napfényt tükröznek vissza az űrbe, ami hűti a földfelszínt. Ezzel szemben a magasabban találhatók, mint a vékony cirrus (más néven pehely) felhők, inkább csapdába ejtik a felszínről visszatükröződő hőt, így növelve a felszíni felmelegedést. A felhők hatása nagymértékben függ azok fajtájától, vastagságától, elhelyezkedésétől és átlátszóságuktól.

Apró eltérés, óriási következmény

Az éghajlatváltozás előrejelzésekor a felhők szerepét eddig rendkívül nehéz volt pontosan meghatározni, mivel a felhőképződés összetett, nehezen modellezhető folyamatok eredménye. A felhők dinamikája a légköri hőmérséklettől, a nedvességtartalomtól, és a felhőkben található jégkristályok méretétől és számtalan egyéb tényezőtől függ. A kutatók évtizedek óta próbálják megérteni a felhők és a klímaváltozás oda-vissza ható kapcsolatát, most viszont a mesterséges intelligencia ugrásszerű fejlődésével és egy új műhold felbocsátásával végre közel kerülhetünk a megoldáshoz. Előzetesen azt lehet sejteni, hogy a felhők hűtő hatása a jövőben csökkenhet, ami tovább fokozhatja a földfelszín felmelegedését, azaz számunkra nem túl jó hír, de a helyzet korántsem ilyen egyszerű.

Tisztább levegő, nagyobb felmelegedés

Az aeroszolok gázok és szilárd vagy folyadék állapotban lévő részecskék keverékei – ezek a köd, a felhők vagy a finom szálló por is. Közös bennük, hogy a levegő páratartalma kicsapódhat rajtuk, csapadékot hozva létre. A fedő nélkül forralt víz elpárolog és egy szárazabb lakásban elillan, de ha lefedjük, vízcseppek jelennek meg a fedő alján – pont ugyanilyen mikroszkopikus fedőként szolgálnak az aeroszolok is a levegő páratartalma számára. Az aeroszolok forrásai sokrétűek, lehet por, tengerpermet, erdőtüzekből származó füst, vagy az emberi tevékenységek által kibocsátott részecskék, például az ipari szennyezés. Az aeroszolok befolyásolják a felhők fényvisszaverő képességét (albedójukat), és meghatározzák azok élettartamát is, aminek kulcsfontosságú szerepe lehet a klímaváltozás szempontjából.

A klímamodellek ma már jól leírják az aeroszolok hatását a felhők fényességére és fényáteresztési képességére, de a felhők élettartamára gyakorolt hosszútávú hatásuk még rejtély, ami sokszor ellentmond a tapasztalatoknak. Kiugró példa, hogy amikor 2020-ban a Nemzetközi Tengerészeti Szervezet (IMO) bevezette, hogy a hajók üzemanyagának kéntartalma maximum 3.5 százalék helyett maximum 0.5 százalék lehet, akkor laikusként azt várhattuk, hogy a tisztább levegő kedvező hatással lesz a klímaváltozásra. Ennek ellenére a levegőben található kénszármazék aeroszolok visszaesése átmeneti felmelegedést okozott, sőt, szakértők szerint hozzájárult ahhoz, hogy 2023 az egyik legmelegebb év volt a közelmúltban.

Felhővadászat

Az Európai Űrügynökség (ESA) és a Japán Űrügynökség (JAXA) idén májusban közös műholdat indított útnak, ami sokkal pontosabb képet fest majd a felhők szerkezetéről. Az EarthCARE-nek keresztelt műhold mérőeszközök arzenáljával van felszerelve, amelyek képesek vizsgálni a felhők belső dinamikáját, a beeső és visszaverődő sugárzást, valamint az aeroszolok alakját és típusát. A műhold várhatóan 2025-ben szolgáltatja az első adatokat, amelyek nagyban pontosíthatják a későbbi klímamodelleket.

A pontosabb megfigyelés mellett a mesterséges intelligencia és a gépi tanulás is segít a felhők modellezésében, különösen azokon a területeken, ahol a hagyományos fizikai modellek nem képesek pontos előrejelzésekre vagy túl lassúak, esetleg túl energiaigényesek. A Google egyik újonnan kifejlesztett modellje például jelentősen csökkenti a számítási igényt, miközben pontosabban képes modellezni a felhőket. Azonban a kutatók szerint fontos, hogy a fizikai alapú modellek továbbra is hangsúlyos szerepet kapjanak, hogy a mesterséges intelligencia által generált eredmények megbízhatóak maradjanak, csakúgy, mint az időjárás előrejelzésében.

Oszlik a köd

A felhők és aeroszolok klímaváltozásra gyakorolt hatása jelenleg az egyik legnagyobb kihívás a klímamodellezésben. Bár az utóbbi években sikerült csökkenteni a modellek bizonytalanságát, még mindig nem teljesen világos, hogy a felhők és az aeroszolok hosszú távon hogyan fognak változni a globális felmelegedéssel és hogyan hatnak majd vissza a teljes rendszerre.

“Az EarthCARE nem fog nekünk választ adni mindenre” – fogalmaz Richard Forbes, az Európai Középtávú Időjárás-Előrejelzési Központ munkatársa – “de azt gondolom, hogy nagy ugrást jelenthet abban, hogyan gondolkozunk a felhőkről”. Érdemes megjegyezni, hogy a felhők talán a legfontosabb hiányzó darabja lehet a klímaváltozás puzzle-nek, de nem az egyetlen. Hasonló fejvakarást okoz a klímakutatóknak az úgynevezett “hideg nyelv”, a Csendes-ócean Ecuador körüli része, amely az utóbbi 30 évben közel fél fokot hűlt, ami sehogy sem illik bele a jelenlegi klímamodellekbe. Ha sikerül megfejteni a rejtélyét, akkor a felhőkkel együtt a jövő klímamodelljei nagyságrendekkel pontosabbak lehetnek és segíthetik a valós felkészülést és védekezést egy lehetséges katasztrófa ellen.