Partículas de aerosol podrían potenciar las nubes de tormenta tropical

Las pequeñas partículas de aerosol podrían tener la capacidad de fortalecer las nubes convectivas tropicales, un tema debatido por científicos durante décadas. Estas partículas influyen en la formación y el crecimiento de las gotas de nube, lo que puede afectar la condensación y la liberación de calor latente.

Un proceso propuesto, denominado "invitación convectiva de aerosoles por condensación", depende del desarrollo de niveles muy altos de supersaturación de vapor de agua en las nubes. Cuando ocurren esas condiciones, las partículas de aerosol adicionales pueden formar nuevas gotas, aumentando la condensación, liberando más calor latente y potencialmente acelerando el aire ascendente dentro de la nube.

Por qué estudios anteriores pueden haberlo pasado por alto

Las mediciones realizadas por aviones generalmente no detectaron los altos niveles de supersaturación cuasi-estables necesarios para este proceso. Sin embargo, eso no implica que tales condiciones nunca ocurran en la atmósfera.

Muchos estudios previos se centraron en ambientes de nubes donde la supersaturación extrema era poco probable. Estos incluyeron nubes relativamente contaminadas, nubes cálidas y poco profundas, y nubes muestreadas por debajo de sus regiones convectivas más profundas. A mayores altitudes, las colisiones de gotas, la formación de precipitación y los ascensos más rápidos pueden reducir la superficie total de las gotas, permitiendo que la supersaturación se acumule.

Datos de aviones en nubes tropicales

Un nuevo estudio publicado en Advances in Atmospheric Sciences examinó observaciones de aviones recopiladas durante el Experimento de Procesos de Nubes, Aerosoles y Monzones de la NASA en Filipinas. La campaña se llevó a cabo sobre Filipinas y los océanos tropicales cercanos en 2019.

Investigadores de China, Estados Unidos e Israel estimaron la supersaturación cuasi-estable utilizando mediciones de velocidades de ascenso y distribuciones del tamaño de gotas de nube. Este método captura el equilibrio entre el vapor de agua producido a medida que el aire asciende y el vapor de agua eliminado a medida que se condensa sobre las gotas.

Los resultados indicaron que las nubes convectivas tropicales pueden alcanzar niveles de supersaturación mucho más altos que los registrados en estudios previos con métodos comparables.

La supersaturación aumentó a medida que los aviones muestrearon las partes más altas de las nubes, alcanzando aproximadamente un 10% a aproximadamente -5 °C. A esa temperatura, las regiones de ascenso estaban compuestas principalmente de gotas de líquido sobreenfriado.

Se estimó que la supersaturación continuó aumentando a temperaturas más frías. Sin embargo, comenzó a formarse hielo en esas regiones, lo que hacía que las estimaciones basadas solo en la fase líquida fueran menos seguras.

Supersaturación extrema en fuertes ascensos

Un estudio complementario recientemente publicado proporciona apoyo adicional a los hallazgos. Investigadores que utilizaron datos de la campaña de aviones ESCAPE sobre Texas y Luisiana detectaron de forma independiente una supersaturación cuasi-estable rara pero extrema de aproximadamente el 11% dentro de fuertes ascensos convectivos.

Juntos, los estudios sugieren que la alta supersaturación de vapor de agua ocurre en los entornos de nubes donde la invitación convectiva de aerosoles por condensación es más probable.

Los valores más confiables se encontraron en fuertes ascensos con concentraciones de gotas relativamente bajas. Cuando las nubes contenían más gotas, su superficie combinada aumentaba. Más vapor se condensaba sobre esas gotas, reduciendo la supersaturación estimada.

El combustible oculto dentro de las nubes tropicales

Las observaciones no prueban que los aerosoles causaron que las nubes muestreadas se volvieran más fuertes. En cambio, demuestran que las condiciones atmosféricas requeridas para la invitación convectiva de aerosoles por condensación pueden desarrollarse dentro de nubes convectivas tropicales reales.

La alta supersaturación actúa como el "combustible" que las partículas de aerosol finas o ultrafinas podrían utilizar para formar más gotas. Esas gotas podrían aumentar la condensación, liberar calor latente adicional y potencialmente fortalecer los ascensos de la nube.

El hallazgo central no solo es que existe una supersaturación extrema. Los científicos también deben examinar los tipos correctos de nubes para detectarla.

"Los estudios anteriores miraron nubes contaminadas o poco profundas, tipos que no crean típicamente las condiciones de alta supersaturación necesarias para la invitación convectiva. Por lo tanto, no es sorprendente que no hayan visto ese mecanismo en acción", afirmó Daniel Rosenfeld, de la Universidad Hebrea de Jerusalén y de la Universidad de Wuhan, quien participó en ambos estudios. "Nuestras observaciones muestran: si quieres ver este mecanismo en acción, necesitas mirar nubes profundas y limpias sobre el océano".

Pruebas directas del mecanismo de nube

Los investigadores ahora planean probar el proceso propuesto de manera más directa a través de campañas de aviones dedicadas. Estos estudios compararían nubes convectivas tropicales limpias y contaminadas, prestando especial atención a las regiones de fuertes ascensos. Los científicos también necesitarían distinguir mejor entre las fases líquida y de hielo dentro de las nubes.

"En última instancia, nuestro objetivo es mejorar la comprensión física y la predicción de los efectos de los aerosoles en la convección profunda, la lluvia, los relámpagos y el clima", concluyó Rosenfeld.