微小なエアロゾル粒子が熱帯の対流雲を強化する可能性があるが、科学者たちはこの考えについて数十年にわたって議論してきた。エアロゾルは雲粒の形成と成長に影響を与え、凝結や潜熱の放出に影響を及ぼす可能性がある。

提案されているプロセスの一つである凝結性エアロゾル対流活性化は、雲が非常に高い水蒸気過飽和状態を発達させることに依存している。そのような条件が発生すると、追加のエアロゾル粒子が新しい雲粒を形成できる。これにより凝結が増加し、より多くの潜熱が放出され、雲内の上昇気流が加速される可能性がある。

航空機による測定では、このプロセスに必要な高い準定常過飽和レベルは一般的に検出されていない。しかし、これはそのような条件が大気中で決して発生しないことを意味するものではない。

これまでの多くの測定は、極端な過飽和が起こりそうにない雲環境に焦点を当てていた。これには比較的汚染された雲、浅い暖かい雲、そしてより深い対流領域の下でサンプリングされた雲が含まれていた。より高い高度では、雲粒の衝突、降水の形成、より速い上昇流により雲粒の総表面積が減少し、過飽和が蓄積する可能性がある。

『大気科学の進歩』に掲載された新しい研究では、NASAの雲・エアロゾル・モンスーン過程フィリピン実験中に収集された航空機観測を調査した。このキャンペーンは2019年にフィリピンとその周辺の熱帯海洋上で実施された。

中国、米国、イスラエルの研究者らは、上昇流速度と雲粒サイズ分布の測定を使用して準定常過飽和を推定した。この方法は、空気が上昇する際に生成される水蒸気と、雲粒に凝結する際に除去される水蒸気のバランスを捉えている。

結果は、熱帯の対流雲が、同等の方法を使用した以前の航空機研究で記録されたものよりもはるかに高い過飽和レベルに達する可能性があることを示している。

過飽和は、航空機が雲のより高い部分をサンプリングするにつれて増加し、約-5°Cで約10%に達した。その温度では、上昇流領域はまだ主に過冷却液体の雲粒で構成されていた。

推定過飽和はより低い温度で上昇し続けた。しかし、これらの領域では氷が形成され始め、液体相のみに基づく推定は不確実性が高まった。

最近発表された姉妹研究は、これらの発見をさらに支持している。テキサス州とルイジアナ州沖の海岸部でのESCAPE航空機キャンペーンのデータを使用した研究者らは、深い対流上昇流内で約11%のまれではあるが極端な準定常過飽和を独立して検出した。

合わせて、これらの研究は、凝結性エアロゾル対流活性化が最も起こりそうな雲環境で高水蒸気過飽和が発生することを示唆している。

最大の信頼できる値は、比較的低い雲粒濃度を持つ強い上昇流で見つかった。雲がより多くの雲粒を含むと、それらの合計表面積が増加した。より多くの蒸気がそれらの雲粒に凝結し、推定過飽和が減少した。

観測結果は、エアロゾルがサンプリングされた雲を強化したことを証明するものではない。代わりに、凝結性エアロゾル活性化に必要な大気条件が実際の熱帯対流雲内で発達できることを実証している。

高過飽和は、追加の微細または超微細エアロゾル粒子がより多くの雲粒を形成するために使用できる「燃料」として機能する。それらの雲粒は凝結を増加させ、追加の潜熱を放出し、雲の上昇流を強化する可能性がある。

中心的な発見は、極端な過飽和が存在するということだけではない。科学者たちはそれを検出するために正しいタイプの雲を調べる必要もある。

「以前の研究は汚染された雲や浅い雲を調べていました。これらは通常、凝結活性化に必要な高過飽和条件を作り出しません。だから彼らがそのメカニズムを実際に見なかったのは驚くことではありません」と、ヘブライ大学と武漢大学のダニエル・ローゼンフェルドは述べた。