DIRÍJASE A LAS NUBES
La física de las nubes podría ser la clave para entender el cambio climático
Las nubes sobre la isla tropical de Dominica son desconcertantes meteorólogos de montaña. Crédito de la imagen: (Alison Nugent)
Por Georgia Frances King, para Quartz Julio 29 de 2017
Está lloviendo por encima de Dominica , y la física de la nube no puede explicar por qué.
Las nubes son mucho más importantes para el medio ambiente de lo que usted puede pensar. No sólo proporcionan una protección contra las quemaduras solares para la piel clara y producen lluvia para las cosechas, sino que también actúan como un amortiguador para la radiación del sol y aislan el calor del globo. Esto significa que comprender cómo y por qué se forman es esencial para predecir, modelar y quizás incluso controlar el cambio climático.
"Queremos predecir el futuro, pero actualmente estamos luchando por predecir estas nubes",
dijo Campbell Watson, un científico atmosférico que solía estudiar formaciones de cúmulos esponjosos por encima de la pequeña isla tropical de Dominica . Moreso que otras islas cubiertas de vegetación en esta región, durante seis horas al día cubos de lluvia como de un cabezal de ducha, sólo roto por breves vislumbres de cielo azul claro. Las condiciones cambian tan rápidamente que incluso en mañanas frescas, sin viento, podría comenzar a verter por té de la tarde. Y ningún libro de texto, estudio o modelo climático actual puede racionalizar por qué.
Aquí, hay más montañas que los hombres y el océano está claro como el ron blanco de la localidad. Ubicado en el Mar Caribe a unos 600 kilómetros al noreste de Venezuela (y no debe confundirse con la República Dominicana más grande a su noroeste), Dominica es conocida por algunas cosas: los plátanos, siendo la primera colonia británica del Caribe controlada Por los esclavos negros emancipados, la novela de Jean Rhys, el mar ancho de los Sargazos, y la lluvia. Lotes y mucha lluvia.
Mientras que los isleños aparecen contentos con su lluvia inexplicable —utilizan los aguaceros para la energía hidráulica— los científicos con mentalidad climática están más dispuestos a resolver el enigma. La consistencia y severidad de los aguaceros de Dominica les da la oportunidad de entender mejor lo que realmente pasa a 2.000 metros sobre nuestras cabezas.
"Está situada en el Caribe sin islas o terreno a favor o en contra del viento", dice Alison Nugent, quien hizo su doctorado en el proyecto y ahora es profesora asistente en la Universidad de Hawai'i en Mānoa. "Así que sabes que lo que pase en la isla pasa por la isla y nada más". Esto hace que Dominica sea más fácil de estudiar que las montañas situadas en el centro de un continente, por ejemplo.
Para profundizar en este fenómeno, el Dominica Experiment (también conocido como DOMEX) fue un proyecto de Yale financiado por la National Science Foundation de 2010 a 2015. Dirigido por el Indiana Jones de nerds de precipitación orográfica, el profesor Ron Smith, el pequeño grupo de científicos Eran algunas de las únicas personas en el mundo que usaban una combinación de meteorología de montaña y física de nubes para responder a este dilema nublado. Y lo que descubrieron podría afectar el futuro de nuestra comprensión del cambio climático.
¿Por qué llueve?
Para averiguar lo que está pasando por encima de Dominica , primero necesitaremos un resumen rápido sobre cómo y por qué llueve. Generalmente, para que una nube produzca lluvia, las minúsculas gotitas de agua están hechas de la necesidad de fusionarse en un proceso llamado colisión y coalescencia, para formar una gota de lluvia. Una vez que una gota recoge suficiente agua y ha crecido lo suficientemente pesada, la gravedad hace su cosa tirándola al suelo. Recoge más agua en su camino hacia abajo y continúa creciendo a través de un proceso llamado acreción. Cuando esto ocurre en masa, empieza a llover.
Además de este proceso, hay dos sub-variedades de (nubes de lluvia) rainclouds: nubes frías y nubes cálidas. Las nubes frías tienen regiones que se sitúan por encima del nivel de congelación en la atmósfera, convirtiendo parte de su agua en cristales de hielo que aman atraer el vapor de agua. Una vez que los cristales de hielo han crecido lo suficientemente grande también caen de la nube, se derriten en su camino hacia abajo, y hacer la lluvia.
Una foto tomada de las nubes astutas que se forman sobre Dominica . Crédito de la imagen: (Alison Nugent)
Pero las nubes cálidas se sientan por debajo del nivel de congelación, lo que significa que no hay cristales de hielo útiles para ayudar al proceso de fusión. "La lluvia de nubes cálidas es un tema candente en la física de la nube en este momento", dice Watson, riendo. "La gente ha estado adivinando durante años, pero no todo el mundo está de acuerdo". El problema con las nubes cálidas es que las gotas de agua de tamaño similar rebotan entre sí en lugar de fusionarse. Así que necesitas crear un montón de gotas de diferentes tamaños en tu nube-llamado un espectro de gotitas de nubes —por lo que las gotitas más grandes absorben las pequeñas cuando chocan juntas. Hay algunas teorías sólidas sobre cómo las nubes cálidas generan este amplio espectro, la mayoría de las cuales tardan hasta tres horas en gestarse.
En Dominica , sin embargo, ese proceso ocurre en 10 a 12 minutos. En el tiempo que te lleva a hervir la pasta, las montañas de Dominica pueden hacer una nube, la fabricación de un espectro de gotitas lo suficientemente grande que comienza a verter, y luego se disipan rápidamente. "Todas las teorías actuales sobre las nubes cálidas no pueden explicar cómo este proceso ocurre lo suficientemente rápido como para que la lluvia caiga tan rápida y fuertemente en Dominica ", dice Watson, que ahora está trabajando con IBM Research en su negocio relacionado, The Weather Company. "Cuando miramos los datos, nos lo devuelven. Estamos tratando de casar observaciones y modelos para entender un proceso muy complicado ".
Con el fin de extraer sus datos, el equipo voló un avión especialmente equipado a través de las nubes para recoger todo tipo de información atmosférica. El turbopropulsor bimotor King Air, propiedad y operado por la Universidad de Wyoming como una instalación de la NSF, tenía instrumentos a bordo para medir propiedades físicas in-situ como movimiento de aire, turbulencia, temperatura y presión, así como aerosoles, Y las propiedades de la lluvia, como la densidad y el tamaño de los números. También tiene un radar de nubes y un lidar a bordo.
En el siguiente lapso de tiempo acelerado, el avión puede ser visto volando a través de las nubes tomando medidas sobre Dominica . El instrumento en la parte inferior izquierda del marco es la sonda de ráfaga, que "se extiende hacia adelante en frente del avión como un cuerno de narval", dice Nugent. "Mide exactamente los tres componentes de la velocidad, una hazaña difícil cuando su marco de referencia está volando por el aire a 250 millas por hora". Muchos de los instrumentos a bordo miden 25 hertzios, es decir, 25 puntos de datos por segundo.
El modelado del cambio climático y el futuro de las nubes
Si y cuando los científicos atmosféricos pueden determinar cómo las nubes de Dominica producen tanta precipitación tan rápidamente, podrán usar sus hallazgos para contribuir a un conjunto de análisis, uno de los cuales son modelos más precisos de predicción del cambio climático. "Si se piensa en el sistema climático en su totalidad, hay miles de pequeñas piezas de rompecabezas que tienen que ser juntas", dijo Watson. "Las nubes en particular son realmente importantes a través de su impacto en la radiación y por lo tanto el calentamiento". Eso es porque las nubes pueden protegernos de los rayos del sol reflejando la radiación solar, pero también permiten que algunos de los rayos del sol transmitan a través de la nube a la Superficie de la Tierra. La composición de ese delicado equilibrio tendrá un impacto masivo en el calentamiento global a largo plazo.
La densidad y el tamaño de las gotas de nubes ayuda a determinar esta relación, ya sea rebotando la radiación solar hacia el espacio, o permitiendo que pase a través de la nube hasta la superficie de la Tierra, donde puede rebotar de nuevo en la nube para ser absorbida y Re-emitido, al igual que el efecto invernadero. De esta manera, más nubes podrían ser tanto benéficas (manteniendo fuera de la radiación solar) o nocivas (manteniendo lo que la radiación proviene de rebotar entre la tierra y las nubes). "Todavía es muy difícil predecir cómo cambiarán las propiedades de la nube en el futuro, y si estos cambios van a tener un efecto de calentamiento o enfriamiento en la Tierra", dice Watson. "Sabemos que algunas nubes tienen un mayor efecto de enfriamiento en nuestro planeta, pero es un reto porque todavía hay mucho que no sabemos acerca de la composición de las nubes en todo el mundo".
"La precipitación es realmente, realmente importante para la vida en la Tierra", añade Nugent. "Donde y cuánto cae la precipitación se definen las regiones climáticas (piense el bosque lluvioso contra el desierto) y donde los seres humanos, las plantas y los animales pueden prosperar. Las nubes son los guardianes de la precipitación."
La importancia de los aerosoles
Las nubes pueden ahorrarnos o destruirnos, pero hay un segundo factor relacionado con la importancia de las nubes para la investigación moderna: "Vivimos en un tiempo en el que el clima está cambiando y esto crea una oportunidad única de observar los cambios que nos rodean, como si fueran Experimentos controlados ", dice Nugent.
Un sorprendente descubrimiento por parte del equipo fueron pequeños aerosoles que flotaban en el aire por encima de Dominica en días sin viento. Al igual que el aerosol de una lata de spray para el cabello, los aerosoles son tan pequeños que permanecen suspendidos en el aire. Algunos aerosoles se producen naturalmente, como el polen, las esporas, el humo, la sal marina y el polvo, mientras que otros provienen de actividades humanas, como los CFC que fueron responsables del agujero de ozono sobre la Antártida. Los aerosoles sobre Dominica estaban ocurriendo naturalmente y parecían afectar dramáticamente el espectro de la gota de la nube.
Los aerosoles son importantes porque son un ingrediente necesario para la formación de nubes. "Una de las principales conclusiones del trabajo en Dominica fue que la precipitación en la isla depende fuertemente de la velocidad del viento, y en ciertos escenarios, los aerosoles", dice Nugent. "La dependencia de los aerosoles cuando la velocidad del viento es baja fue una sorpresa para nosotros, y abre las preguntas de los efectos de aerosoles en otros escenarios, especialmente cuando los aerosoles es probable que cambien con los cambios climáticos". Nugent está trabajando actualmente para determinar el efecto de aerosoles Sobre la precipitación en Hawai'i para tratar de responder a algunas de las preguntas sin resolver del caso de Dominica .
Watson y Nugent coinciden en que comprender cómo cae la lluvia en Dominica —y cómo eso podría cambiar con el cambio climático — podría ser muy importante para la adaptación en el futuro. Todavía no estamos seguros de cómo el calentamiento global afectará a las nubes, y cómo las nubes a su vez afectarán el calentamiento global, pero estamos aprendiendo, un día lluvioso a la vez.
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La física de las nubes podría ser la clave para entender el cambio climático
Las nubes sobre la isla tropical de Dominica son desconcertantes meteorólogos de montaña. Crédito de la imagen: (Alison Nugent)
Por Georgia Frances King, para Quartz Julio 29 de 2017
Está lloviendo por encima de Dominica , y la física de la nube no puede explicar por qué.
Las nubes son mucho más importantes para el medio ambiente de lo que usted puede pensar. No sólo proporcionan una protección contra las quemaduras solares para la piel clara y producen lluvia para las cosechas, sino que también actúan como un amortiguador para la radiación del sol y aislan el calor del globo. Esto significa que comprender cómo y por qué se forman es esencial para predecir, modelar y quizás incluso controlar el cambio climático.
"Queremos predecir el futuro, pero actualmente estamos luchando por predecir estas nubes",
dijo Campbell Watson, un científico atmosférico que solía estudiar formaciones de cúmulos esponjosos por encima de la pequeña isla tropical de Dominica . Moreso que otras islas cubiertas de vegetación en esta región, durante seis horas al día cubos de lluvia como de un cabezal de ducha, sólo roto por breves vislumbres de cielo azul claro. Las condiciones cambian tan rápidamente que incluso en mañanas frescas, sin viento, podría comenzar a verter por té de la tarde. Y ningún libro de texto, estudio o modelo climático actual puede racionalizar por qué.
Aquí, hay más montañas que los hombres y el océano está claro como el ron blanco de la localidad. Ubicado en el Mar Caribe a unos 600 kilómetros al noreste de Venezuela (y no debe confundirse con la República Dominicana más grande a su noroeste), Dominica es conocida por algunas cosas: los plátanos, siendo la primera colonia británica del Caribe controlada Por los esclavos negros emancipados, la novela de Jean Rhys, el mar ancho de los Sargazos, y la lluvia. Lotes y mucha lluvia.
"Queremos predecir el futuro, pero actualmente estamos luchando por predecir estas nubes".
Mientras que los isleños aparecen contentos con su lluvia inexplicable —utilizan los aguaceros para la energía hidráulica— los científicos con mentalidad climática están más dispuestos a resolver el enigma. La consistencia y severidad de los aguaceros de Dominica les da la oportunidad de entender mejor lo que realmente pasa a 2.000 metros sobre nuestras cabezas.
"Está situada en el Caribe sin islas o terreno a favor o en contra del viento", dice Alison Nugent, quien hizo su doctorado en el proyecto y ahora es profesora asistente en la Universidad de Hawai'i en Mānoa. "Así que sabes que lo que pase en la isla pasa por la isla y nada más". Esto hace que Dominica sea más fácil de estudiar que las montañas situadas en el centro de un continente, por ejemplo.
Para profundizar en este fenómeno, el Dominica Experiment (también conocido como DOMEX) fue un proyecto de Yale financiado por la National Science Foundation de 2010 a 2015. Dirigido por el Indiana Jones de nerds de precipitación orográfica, el profesor Ron Smith, el pequeño grupo de científicos Eran algunas de las únicas personas en el mundo que usaban una combinación de meteorología de montaña y física de nubes para responder a este dilema nublado. Y lo que descubrieron podría afectar el futuro de nuestra comprensión del cambio climático.
¿Por qué llueve?
Para averiguar lo que está pasando por encima de Dominica , primero necesitaremos un resumen rápido sobre cómo y por qué llueve. Generalmente, para que una nube produzca lluvia, las minúsculas gotitas de agua están hechas de la necesidad de fusionarse en un proceso llamado colisión y coalescencia, para formar una gota de lluvia. Una vez que una gota recoge suficiente agua y ha crecido lo suficientemente pesada, la gravedad hace su cosa tirándola al suelo. Recoge más agua en su camino hacia abajo y continúa creciendo a través de un proceso llamado acreción. Cuando esto ocurre en masa, empieza a llover.
Además de este proceso, hay dos sub-variedades de (nubes de lluvia) rainclouds: nubes frías y nubes cálidas. Las nubes frías tienen regiones que se sitúan por encima del nivel de congelación en la atmósfera, convirtiendo parte de su agua en cristales de hielo que aman atraer el vapor de agua. Una vez que los cristales de hielo han crecido lo suficientemente grande también caen de la nube, se derriten en su camino hacia abajo, y hacer la lluvia.
Una foto tomada de las nubes astutas que se forman sobre Dominica . Crédito de la imagen: (Alison Nugent)
Pero las nubes cálidas se sientan por debajo del nivel de congelación, lo que significa que no hay cristales de hielo útiles para ayudar al proceso de fusión. "La lluvia de nubes cálidas es un tema candente en la física de la nube en este momento", dice Watson, riendo. "La gente ha estado adivinando durante años, pero no todo el mundo está de acuerdo". El problema con las nubes cálidas es que las gotas de agua de tamaño similar rebotan entre sí en lugar de fusionarse. Así que necesitas crear un montón de gotas de diferentes tamaños en tu nube-llamado un espectro de gotitas de nubes —por lo que las gotitas más grandes absorben las pequeñas cuando chocan juntas. Hay algunas teorías sólidas sobre cómo las nubes cálidas generan este amplio espectro, la mayoría de las cuales tardan hasta tres horas en gestarse.
En Dominica , sin embargo, ese proceso ocurre en 10 a 12 minutos. En el tiempo que te lleva a hervir la pasta, las montañas de Dominica pueden hacer una nube, la fabricación de un espectro de gotitas lo suficientemente grande que comienza a verter, y luego se disipan rápidamente. "Todas las teorías actuales sobre las nubes cálidas no pueden explicar cómo este proceso ocurre lo suficientemente rápido como para que la lluvia caiga tan rápida y fuertemente en Dominica ", dice Watson, que ahora está trabajando con IBM Research en su negocio relacionado, The Weather Company. "Cuando miramos los datos, nos lo devuelven. Estamos tratando de casar observaciones y modelos para entender un proceso muy complicado ".
Con el fin de extraer sus datos, el equipo voló un avión especialmente equipado a través de las nubes para recoger todo tipo de información atmosférica. El turbopropulsor bimotor King Air, propiedad y operado por la Universidad de Wyoming como una instalación de la NSF, tenía instrumentos a bordo para medir propiedades físicas in-situ como movimiento de aire, turbulencia, temperatura y presión, así como aerosoles, Y las propiedades de la lluvia, como la densidad y el tamaño de los números. También tiene un radar de nubes y un lidar a bordo.
En el siguiente lapso de tiempo acelerado, el avión puede ser visto volando a través de las nubes tomando medidas sobre Dominica . El instrumento en la parte inferior izquierda del marco es la sonda de ráfaga, que "se extiende hacia adelante en frente del avión como un cuerno de narval", dice Nugent. "Mide exactamente los tres componentes de la velocidad, una hazaña difícil cuando su marco de referencia está volando por el aire a 250 millas por hora". Muchos de los instrumentos a bordo miden 25 hertzios, es decir, 25 puntos de datos por segundo.
El modelado del cambio climático y el futuro de las nubes
Si y cuando los científicos atmosféricos pueden determinar cómo las nubes de Dominica producen tanta precipitación tan rápidamente, podrán usar sus hallazgos para contribuir a un conjunto de análisis, uno de los cuales son modelos más precisos de predicción del cambio climático. "Si se piensa en el sistema climático en su totalidad, hay miles de pequeñas piezas de rompecabezas que tienen que ser juntas", dijo Watson. "Las nubes en particular son realmente importantes a través de su impacto en la radiación y por lo tanto el calentamiento". Eso es porque las nubes pueden protegernos de los rayos del sol reflejando la radiación solar, pero también permiten que algunos de los rayos del sol transmitan a través de la nube a la Superficie de la Tierra. La composición de ese delicado equilibrio tendrá un impacto masivo en el calentamiento global a largo plazo.
Más nubes podrían ser benéficas -manteniendo la radiación solar —o nocivas— manteniendo lo que la radiación proviene de rebotar entre la tierra y las nubes.
La densidad y el tamaño de las gotas de nubes ayuda a determinar esta relación, ya sea rebotando la radiación solar hacia el espacio, o permitiendo que pase a través de la nube hasta la superficie de la Tierra, donde puede rebotar de nuevo en la nube para ser absorbida y Re-emitido, al igual que el efecto invernadero. De esta manera, más nubes podrían ser tanto benéficas (manteniendo fuera de la radiación solar) o nocivas (manteniendo lo que la radiación proviene de rebotar entre la tierra y las nubes). "Todavía es muy difícil predecir cómo cambiarán las propiedades de la nube en el futuro, y si estos cambios van a tener un efecto de calentamiento o enfriamiento en la Tierra", dice Watson. "Sabemos que algunas nubes tienen un mayor efecto de enfriamiento en nuestro planeta, pero es un reto porque todavía hay mucho que no sabemos acerca de la composición de las nubes en todo el mundo".
"La precipitación es realmente, realmente importante para la vida en la Tierra", añade Nugent. "Donde y cuánto cae la precipitación se definen las regiones climáticas (piense el bosque lluvioso contra el desierto) y donde los seres humanos, las plantas y los animales pueden prosperar. Las nubes son los guardianes de la precipitación."
La importancia de los aerosoles
Las nubes pueden ahorrarnos o destruirnos, pero hay un segundo factor relacionado con la importancia de las nubes para la investigación moderna: "Vivimos en un tiempo en el que el clima está cambiando y esto crea una oportunidad única de observar los cambios que nos rodean, como si fueran Experimentos controlados ", dice Nugent.
Un sorprendente descubrimiento por parte del equipo fueron pequeños aerosoles que flotaban en el aire por encima de Dominica en días sin viento. Al igual que el aerosol de una lata de spray para el cabello, los aerosoles son tan pequeños que permanecen suspendidos en el aire. Algunos aerosoles se producen naturalmente, como el polen, las esporas, el humo, la sal marina y el polvo, mientras que otros provienen de actividades humanas, como los CFC que fueron responsables del agujero de ozono sobre la Antártida. Los aerosoles sobre Dominica estaban ocurriendo naturalmente y parecían afectar dramáticamente el espectro de la gota de la nube.
Los aerosoles son importantes porque son un ingrediente necesario para la formación de nubes. "Una de las principales conclusiones del trabajo en Dominica fue que la precipitación en la isla depende fuertemente de la velocidad del viento, y en ciertos escenarios, los aerosoles", dice Nugent. "La dependencia de los aerosoles cuando la velocidad del viento es baja fue una sorpresa para nosotros, y abre las preguntas de los efectos de aerosoles en otros escenarios, especialmente cuando los aerosoles es probable que cambien con los cambios climáticos". Nugent está trabajando actualmente para determinar el efecto de aerosoles Sobre la precipitación en Hawai'i para tratar de responder a algunas de las preguntas sin resolver del caso de Dominica .
Watson y Nugent coinciden en que comprender cómo cae la lluvia en Dominica —y cómo eso podría cambiar con el cambio climático — podría ser muy importante para la adaptación en el futuro. Todavía no estamos seguros de cómo el calentamiento global afectará a las nubes, y cómo las nubes a su vez afectarán el calentamiento global, pero estamos aprendiendo, un día lluvioso a la vez.
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