Las partículas de aerosol diminutas podrían fortalecer las nubes convectivas tropicales, pero los científicos han debatido la idea durante décadas. Los aerosoles 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, llamado vigorización convectiva por aerosol condensacional, depende de que las nubes desarrollen una supersaturación de vapor de agua muy alta. Cuando ocurren esas condiciones, partículas de aerosol adicionales pueden formar nuevas gotas. Eso puede aumentar la condensación, liberar más calor latente y potencialmente acelerar el aire ascendente dentro de la nube.
Las mediciones de aeronaves generalmente no han detectado los altos niveles de supersaturación en estado cuasi estacionario requeridos para este proceso. Sin embargo, eso no significa que tales condiciones nunca ocurran en la atmósfera.
Muchas mediciones anteriores se centraron en entornos de nubes donde era poco probable una supersaturación extrema. Estos incluían nubes relativamente contaminadas, nubes cálidas 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 las corrientes ascendentes más rápidas pueden reducir el área superficial total de las gotas, permitiendo que se acumule la supersaturación.
Un nuevo estudio publicado en Advances in Atmospheric Sciences examinó observaciones de aeronaves recopiladas durante la campaña Cloud, Aerosol and Monsoon Processes Philippines Experiment de la NASA. La campaña tuvo lugar sobre Filipinas y los océanos tropicales cercanos en 2019.
Investigadores de China, EE. UU. e Israel estimaron la supersaturación en estado cuasi estacionario utilizando mediciones de velocidades de corriente ascendente y distribuciones de tamaño de gotas de nube. El 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 en las gotas.
Los resultados indican que las nubes convectivas tropicales pueden alcanzar niveles de supersaturación mucho más altos que los registrados en estudios de aeronaves anteriores que utilizaron métodos comparables.
La supersaturación aumentó a medida que la aeronave muestreaba porciones más altas de las nubes, alcanzando alrededor del 10% a aproximadamente -5°C. A esa temperatura, las regiones de corriente ascendente todavía estaban compuestas principalmente de gotas líquidas superenfriadas.
La supersaturación estimada continuó aumentando a temperaturas más frías. Sin embargo, el hielo comenzó a formarse en esas regiones, lo que hace que las estimaciones basadas solo en la fase líquida sean menos seguras.
Un estudio complementario publicado recientemente proporciona apoyo adicional a los hallazgos. Investigadores que utilizaron datos de la campaña de aeronaves ESCAPE sobre la costa de Texas y Luisiana detectaron de forma independiente supersaturación extrema pero rara en estado cuasi estacionario de aproximadamente el 11% dentro de corrientes ascendentes convectivas profundas.
En conjunto, los estudios sugieren que la alta supersaturación de vapor de agua ocurre en los entornos de nubes donde la vigorización convectiva por aerosol condensacional es más probable.
Los valores confiables más grandes se encontraron en corrientes ascendentes fuertes con concentraciones de gotas relativamente bajas. Cuando las nubes contenían más gotas, su área superficial combinada aumentaba. Más vapor se condensaba en esas gotas, reduciendo la supersaturación estimada.
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 vigorización convectiva por aerosol pueden desarrollarse dentro de nubes convectivas tropicales reales.
La alta supersaturación actúa como el "combustible" que partículas de aerosol adicionales finas o ultrafinas podrían usar para formar más gotas. Esas gotas podrían aumentar la condensación, liberar calor latente adicional y potencialmente fortalecer las corrientes ascendentes de la nube.
El hallazgo central no es solo que existe supersaturación extrema. Los científicos también deben examinar los tipos correctos de nubes para detectarla.
"Estudios anteriores analizaron nubes contaminadas o poco profundas, tipos que típicamente no crean las condiciones de alta supersaturación necesarias para la vigorización condensacional. Así que no es sorpresa que no vieran ese mecanismo en acción", dijo Daniel Rosenfeld de la Universidad Hebrea de Jerusalén y la Universidad de Wuhan.