雲と気候：大気中の微小な変化がいかにして大規模な地球温暖化を引き起こし得るか
最近の研究は、貿易風積雲と混合相雲という2種類の雲が世界の気候予測に大きく影響する仕組みを明らかにしている。科学者たちは現在、雲の組成、フィードバック・ループ、反射率が地球温暖化にどのように影響するかを理解しており、緊急性 f を強調している
大気中に浮かぶ凝縮した水蒸気の塊は、地球温暖化において大きな役割を果たしている
地球の気候がどれほど温暖化するかを予測することは、人類が未来に備える上で極めて重要である。そのためには、地球温暖化予測における主要な不確実性の源である雲に取り組む必要がある。
Some clouds contribute to cooling by reflecting part of the Sun's energy back into space. Others contribute to warming by acting like a blanket and trapping some of the energy of Earth's surface, amplifying the greenhouse effect.Puzzle pieces
「雲は気候と非常に強く相互作用する」と、パリのフランス国立科学研究センター（CNRS）の気候学者で研究部長のSandrine Bony博士は述べた。
これらは大気の構造に影響を及ぼし、気温や湿度から大気循環に至るまで、あらゆるものに影響を与える。
そして、気候はどこでどのような種類の雲が形成されるかに影響を与えると、2007年にノーベル平和賞を受賞したUnited Nations Intergovernmental Panel on Climate Change（IPCC）の評価報告書の主要執筆者であるボニーは述べている。
気候変動に影響を与える可能性のあるプロセスやフィードバックループは非常に多いため、問題をより小さな部分に分解することが有用である。
「我々がその一部をよりよく理解することに成功するたびに、問題全体の不確実性を減少させる」と、昨年終了したEU資金提供のEUREC4Aプロジェクトを調整したボニーは述べた。
数年前、ボニーと彼女の同僚は、貿易風地域で一般的に見られる小さくふわふわした雲が、気候モデルにおける最大級の不確実性の一部を引き起こすことを発見した。これらの雲は貿易風積雲として知られている。
貿易風積雲は小さく、比較的地味ではあるが、熱帯地方に多数存在し、非常に広範囲に見られるとボニーは述べている。これらの雲が非常に多いため、それらに起こることが気候に大きな影響を与える可能性がある。
EUREC4Aは、ドローン、航空機、衛星を使用して、バルバドス近くの西大西洋上で貿易風積雲と大気との相互作用を観測した。
多くのモデルは、地球の気温が上昇するにつれてこれらの雲の構造と数が大幅に変化し、気候変動を増幅または減衰させる可能性のあるフィードバックループにつながると仮定している。気温の上昇に伴いそのような雲が大幅に減少すると予測するモデルは、より高い程度の地球温暖化を予測する傾向がある。
良いニュース
しかし、ボニーと彼女の同僚は、大気が温暖化するにつれて貿易風積雲が予想よりもはるかに変化が少ないことを発見した。
「ある意味で、それは良いニュースである。なぜなら、地球温暖化の大幅な増幅の原因であると考えられていたプロセスが存在しないように思われるからだ」と彼女は述べた。
さらに重要なことに、それは気候学者が気候変動の影響を予測する際に、これらの雲の挙動をより正確に表現するモデルを使用できることを意味する。
地球規模の温暖化の予測におけるこの不確実性の要素を減らすことで、ヨーロッパの熱波などの局所的な影響の予測がより正確になるとボニーは述べている。
「熱波の頻度の増加は、地球温暖化の規模に大きく依存している」と彼女は述べた。「そして、地球温暖化の規模は、雲の応答に大きく依存している」
水と氷
一方、ノルウェーのオスロ大学の大気科学者であるTrude Storelvmo教授は、気候モデルの改善に役立てるため、別の種類の雲—混合相雲—の内部プロセスを探究してきた。
彼女は、マイクロメートルという微小スケールで雲内に生じるプロセスが、地球規模の大気・気候プロセスにこれほど大きな影響を及ぼしうることに魅了されている。
混合相雲は液体の水と氷の両方を含み、世界中の降雨の大部分を担っている。近年、それらが気候変動においても重要な役割を果たしていることが明らかになっている。
StorelvmoはEU資金によるMC2プロジェクトを調整し、このプロジェクトは先月まで5年間実施され、混合相雲がより高い気温にどのように反応するかについて新たな詳細を明らかにしました。その結果は、低炭素社会への移行の緊急性を浮き彫りにしています。
混合相雲に含まれる液体の水が多いほど、それらの雲はより反射性が高くなる。そして、太陽からの放射をより多く地球から反射して宇宙へ戻すことで、大気を冷却する。
「大気が温暖化すると、これらの雲は氷から液体へと移行する傾向がある」とStorelvmoは述べた。「その結果として、雲はさらに反射性が高まり、より強い冷却効果を持つようになる。」
厳しい現実への目覚め
しかし数年前、Storelvmoと同僚たちは、ほとんどの全球気候モデルがこの効果を過大評価していることを発見した。MC2は気球を混合相雲に飛ばし、衛星からのリモートセンシングデータを用いてその構造と組成を調べた。
研究者たちは、現在の気候モデルが混合相雲内の水と氷の混合を、実際の雲よりも均一で単純にしがちであり、その結果、雲中の氷の量を過大評価していることを明らかにした。
Storelvmoによれば、これらのモデル上の雲は失う氷をより多く持つため、シミュレーションでそれらを温暖化させると、反射率の変化は実際の雲よりも大きくなる。これは、モデルが混合相雲による気候変動の緩和効果を過大評価していることを意味する。
研究チームがより現実的な雲のデータを気候モデルに組み込み、それを模擬的な温暖化にさらしたところ、もう一つの重要な発見が得られた。すなわち、混合相雲の反射率の増加は温暖化とともに弱まるということである。
中程度の温暖化では、より高い気温に対する緩和効果はかなり強いが、温暖化が激しくなるにつれて、もはやそうではなくなる。
雲中の氷がすべて融けてしまう時点が訪れ、冷却効果は弱まり、やがて完全に消滅する。これが正確にいつ始まるかは、今後の研究課題である。
しかしStorelvmoによれば、このことは温室効果ガス排出を緊急に削減する必要性を強く裏付けている。
「我々の発見は、温室効果ガスの排出をこのまま続ければ、単に線形で緩やかな温暖化になるだけではなく、ある時点に達すると急速に加速する温暖化が起こり得ることを示唆している」と彼女は述べた。「我々は、何としてもその時点に到達することを避ける必要がある。」
これらのような雲に関する新たな知見がモデルに統合されるにつれて、政策立案者が用いる気候予測はより精緻になるだろう。
Originally published in Horizon MagazineImage credit: Mateus Andre / Freepik.Tags: clouds and climate change, trade cumulus clouds, mixed-phase clouds, cloud reflectivity, climate model uncertainty, global warming predictions, climate feedback loops, atmospheric warming, EUREC4A project, MC2 project, greenhouse gas tipping points