Le minuscole particelle aerosol potrebbero essere in grado di rafforzare le nubi convettive tropicali, ma gli scienziati hanno dibattuto su questa idea per decenni. Gli aerosol influenzano la formazione e la crescita delle goccioline delle nubi, che possono influenzare la condensazione e il rilascio di calore latente.

Un processo proposto, chiamato invigorimento convettivo degli aerosol per condensazione, dipende dallo sviluppo di nubi con supersaturazione di vapore acqueo molto elevata. Quando si verificano queste condizioni, ulteriori particelle aerosol possono formare nuove goccioline. Ciò può aumentare la condensazione, rilasciare più calore latente e potenzialmente accelerare l'aria in salita all'interno della nube.

Le misurazioni aeree generalmente non hanno rilevato gli elevati livelli di supersaturazione quasi stazionaria richiesti per questo processo. Tuttavia, ciò non significa che tali condizioni non si verifichino mai in atmosfera.

Molte misurazioni precedenti si sono concentrate su ambienti nuvolosi in cui era improbabile una supersaturazione estrema. Questi includevano nubi relativamente inquinate, nubi calde poco profonde e nubi campionate al di sotto delle loro regioni convettive più profonde. A quote più elevate, le collisioni tra goccioline, la formazione di precipitazioni e correnti ascensionali più rapide possono ridurre la superficie totale delle goccioline, consentendo l'accumulo di supersaturazione.

Un nuovo studio pubblicato su Advances in Atmospheric Sciences ha esaminato le osservazioni aeree raccolte durante l'esperimento NASA Cloud, Aerosol and Monsoon Processes Philippines. La campagna si è svolta sulle Filippine e sui vicini oceani tropicali nel 2019.

Ricercatori da Cina, Stati Uniti e Israele hanno stimato la supersaturazione quasi stazionaria utilizzando misurazioni delle velocità delle correnti ascensionali e delle distribuzioni dimensionali delle goccioline delle nubi. Il metodo cattura l'equilibrio tra il vapore acqueo prodotto mentre l'aria sale e il vapore acqueo rimosso mentre condensa sulle goccioline.

I risultati indicano che le nubi convettive tropicali possono raggiungere livelli di supersaturazione molto più elevati di quelli registrati in precedenti studi aerei che utilizzavano metodi comparabili.

La supersaturazione aumentava man mano che l'aereo campionava porzioni più elevate delle nubi, raggiungendo circa il 10% a circa -5°C. A quella temperatura, le regioni delle correnti ascensionali erano ancora composte principalmente da goccioline liquide sottoraffreddate.

La supersaturazione stimata continuava ad aumentare a temperature più fredde. Tuttavia, il ghiaccio cominciava a formarsi in quelle regioni, rendendo le stime basate solo sulla fase liquida meno certe.

Uno studio complementare pubblicato di recente fornisce ulteriore supporto ai risultati. I ricercatori che utilizzano i dati della campagna aerea ESCAPE sulle coste del Texas e della Louisiana hanno rilevato indipendentemente una rara ma estrema supersaturazione quasi stazionaria di circa l'11% all'interno di correnti ascensionali convettive profonde.

Insieme, gli studi suggeriscono che l'elevata supersaturazione del vapore acqueo si verifica negli ambienti nuvolosi in cui è più probabile l'invigorimento convettivo degli aerosol per condensazione.

I valori affidabili più grandi sono stati trovati in forti correnti ascensionali con concentrazioni di goccioline relativamente basse. Quando le nubi contenevano più goccioline, la loro superficie combinata aumentava. Più vapore si condensava su quelle goccioline, riducendo la supersaturazione stimata.

Le osservazioni non dimostrano che gli aerosol abbiano causato il rafforzamento delle nubi campionate. Invece, dimostrano che le condizioni atmosferiche richieste per l'invigorimento degli aerosol per condensazione possono svilupparsi all'interno di nubi convettive tropicali reali.

L'elevata supersaturazione agisce come "carburante" che ulteriori particelle fini o ultrafini di aerosol potrebbero utilizzare per formare più goccioline. Quelle goccioline potrebbero aumentare la condensazione, rilasciare calore latente aggiuntivo e potenzialmente rafforzare le correnti ascensionali della nube.

Il risultato centrale non è solo che esiste una supersaturazione estrema. Gli scienziati devono anche esaminare i tipi corretti di nubi per rilevarla.

"Studi precedenti hanno esaminato nubi inquinate o poco profonde - tipi che tipicamente non creano le condizioni di alta supersaturazione necessarie per l'invigorimento per condensazione. Quindi non sorprende che non abbiano visto quel meccanismo in azione", ha detto Daniel Rosenfeld dell'Università Ebraica di Gerusalemme e dell'Università di Wuhan.