미세 에어로졸 입자가 열대 대류운을 강화할 수 있을지도 모르지만, 과학자들은 수십 년 동안 이 아이디어에 대해 논쟁을 벌여왔다. 에어로졸은 구름 방울의 형성과 성장에 영향을 미치며, 이는 응결과 잠열 방출에 영향을 줄 수 있다.

응결 에어로졸 대류 강화라고 불리는 한 제안된 과정은 구름이 매우 높은 수증기 과포화 상태를 발달시키는 것에 의존한다. 그러한 조건이 발생하면, 추가적인 에어로졸 입자가 새로운 방울을 형성할 수 있다. 이는 응결을 증가시키고, 더 많은 잠열을 방출하며, 구름 내부의 상승 기류를 잠재적으로 가속화할 수 있다.

항공기 측정은 일반적으로 이 과정에 필요한 높은 수준의 준정상 상태 과포화를 감지하지 못했다. 그러나 이것이 그러한 조건이 대기에서 결코 발생하지 않는다는 것을 의미하지는 않는다.

많은 이전 측정은 극단적인 과포화가 발생할 가능성이 낮은 구름 환경에 초점을 맞추었다. 여기에는 상대적으로 오염된 구름, 얕은 따뜻한 구름, 그리고 더 깊은 대류 지역 아래에서 샘플링된 구름이 포함되었다. 더 높은 고도에서는, 방울 충돌, 강수 형성, 그리고 더 빠른 상승 기류가 방울의 총 표면적을 줄여 과포화가 축적될 수 있게 한다.

Advances in Atmospheric Sciences에 게재된 새로운 연구는 NASA의 구름, 에어로졸 및 몬순 과정 필리핀 실험 동안 수집된 항공기 관측을 조사했다. 이 캠페인은 2019년 필리핀과 인근 열대 해양 상공에서 진행되었다.

중국, 미국, 이스라엘의 연구자들은 상승 기류 속도와 구름 방울 크기 분포 측정을 사용하여 준정상 상태 과포화를 추정했다. 이 방법은 공기가 상승함에 따라 생성되는 수증기와 방울에 응결됨에 따라 제거되는 수증기 사이의 균형을 포착한다.

결과는 열대 대류운이 이전 항공기 연구에서 유사한 방법으로 기록된 것보다 훨씬 높은 과포화 수준에 도달할 수 있음을 나타낸다.

항공기가 구름의 더 높은 부분을 샘플링함에 따라 과포화가 증가하여 약 -5°C에서 약 10%에 도달했다. 그 온도에서 상승 기류 지역은 여전히 주로 과냉각 액체 방울로 구성되었다.

추정된 과포화는 더 낮은 온도에서 계속 증가했다. 그러나 얼음이 그 지역에서 형성되기 시작하여 액체 상만을 기반으로 한 추정은 덜 확실해졌다.

최근에 발표된 동반 연구는 이러한 발견에 추가적인 지지를 제공한다. 텍사스와 루이지애나 해안 상공의 ESCAPE 항공기 캠페인 데이터를 사용한 연구자들은 깊은 대류 상승 기류 내부에서 약 11%의 드물지만 극단적인 준정상 상태 과포화를 독립적으로 감지했다.

함께, 이 연구들은 높은 수증기 과포화가 응결 에어로졸 대류 강화가 가장 일어날 가능성이 있는 구름 환경에서 발생한다는 것을 시사한다.

가장 큰 신뢰할 수 있는 값은 상대적으로 낮은 방울 농도를 가진 강한 상승 기류에서 발견되었다. 구름이 더 많은 방울을 포함할 때, 그들의 결합된 표면적이 증가했다. 더 많은 증기가 그 방울에 응결되어 추정된 과포화를 감소시켰다.

관측은 에어로졸이 샘플링된 구름을 더 강하게 만들었다는 것을 증명하지 않는다. 대신, 그들은 응결 에어로졸 강화에 필요한 대기 조건이 실제 열대 대류운 내부에서 발생할 수 있음을 입증한다.

높은 과포화는 추가적인 미세 또는 초미세 에어로졸 입자가 더 많은 방울을 형성하는 데 사용할 수 있는 "연료" 역할을 한다. 그 방울은 응결을 증가시키고, 추가적인 잠열을 방출하며, 구름의 상승 기류를 잠재적으로 강화할 수 있다.

중요한 발견은 극단적인 과포화가 존재한다는 것뿐만 아니라 과학자들이 그것을 감지하기 위해 올바른 유형의 구름을 조사해야 한다는 것이다.

"이전 연구들은 오염된 구름이나 얕은 구름을 조사했습니다. 이러한 유형은 일반적으로 응결 강화에 필요한 높은 과포화 조건을 만들지 않습니다. 그래서 그들이 그 메커니즘을 실제로 보지 못한 것은 놀라운 일이 아닙니다,"라고 예루살렘 히브리 대학과 우한 대학의 다니엘 로젠펠드가 말했다.