Partículas minúsculas de aerossóis podem ser capazes de fortalecer nuvens convectivas tropicais, mas os cientistas debatem a ideia há décadas. Os aerossóis influenciam a formação e o crescimento das gotículas de nuvem, o que pode afetar a condensação e a liberação de calor latente.
Um processo proposto, chamado de invigoração convectiva por condensação de aerossóis, depende de nuvens que desenvolvem supersaturação de vapor d'água muito alta. Quando essas condições ocorrem, partículas de aerossóis adicionais podem formar novas gotículas. Isso pode aumentar a condensação, liberar mais calor latente e potencialmente acelerar o ar ascendente dentro da nuvem.
Medições de aeronaves geralmente não detectaram os altos níveis de supersaturação em estado quase estacionário necessários para esse processo. No entanto, isso não significa que tais condições nunca ocorram na atmosfera.
Muitas medições anteriores se concentraram em ambientes de nuvens onde a supersaturação extrema era improvável. Isso incluiu nuvens relativamente poluídas, nuvens quentes rasas e nuvens amostradas abaixo de suas regiões convectivas mais profundas. Em altitudes maiores, colisões de gotículas, formação de precipitação e correntes ascendentes mais rápidas podem reduzir a área de superfície total das gotículas, permitindo que a supersaturação se acumule.
Um novo estudo publicado na Advances in Atmospheric Sciences examinou observações de aeronaves coletadas durante o Experimento de Nuvens, Aerossóis e Processos de Monções das Filipinas da NASA. A campanha ocorreu sobre as Filipinas e oceanos tropicais próximos em 2019.
Pesquisadores da China, dos EUA e de Israel estimaram a supersaturação em estado quase estacionário usando medições de velocidades de correntes ascendentes e distribuições de tamanho de gotículas de nuvem. O método captura o equilíbrio entre o vapor d'água produzido à medida que o ar sobe e o vapor d'água removido à medida que condensa nas gotículas.
Os resultados indicam que nuvens convectivas tropicais podem atingir níveis de supersaturação muito mais altos do que os registrados em estudos anteriores de aeronaves usando métodos comparáveis.
A supersaturação aumentou à medida que a aeronave amostrava porções mais altas das nuvens, atingindo cerca de 10% a aproximadamente -5°C. Nessa temperatura, as regiões de corrente ascendente ainda eram compostas principalmente de gotículas líquidas super-resfriadas.
A supersaturação estimada continuou aumentando em temperaturas mais frias. No entanto, o gelo começou a se formar nessas regiões, tornando as estimativas baseadas apenas na fase líquida menos certas.
Um estudo complementar publicado recentemente fornece suporte adicional para as descobertas. Pesquisadores usando dados da campanha de aeronaves ESCAPE sobre a costa do Texas e da Louisiana detectaram independentemente supersaturação quase estacionária rara, mas extrema, de cerca de 11% dentro de correntes ascendentes convectivas profundas.
Juntos, os estudos sugerem que a alta supersaturação de vapor d'água ocorre nos ambientes de nuvens onde a invigoração convectiva por condensação de aerossóis é mais provável.
Os maiores valores confiáveis foram encontrados em correntes ascendentes fortes com concentrações relativamente baixas de gotículas. Quando as nuvens continham mais gotículas, sua área de superfície combinada aumentava. Mais vapor então condensava nessas gotículas, reduzindo a supersaturação estimada.
As observações não provam que os aerossóis causaram o fortalecimento das nuvens amostradas. Em vez disso, demonstram que as condições atmosféricas necessárias para a invigoração convectiva por condensação podem se desenvolver dentro de nuvens convectivas tropicais reais.
A alta supersaturação atua como o "combustível" que partículas de aerossóis finas ou ultrafinas adicionais poderiam usar para formar mais gotículas. Essas gotículas poderiam aumentar a condensação, liberar calor latente adicional e potencialmente fortalecer as correntes ascendentes da nuvem.
A descoberta central não é apenas que a supersaturação extrema existe. Os cientistas também devem examinar os tipos corretos de nuvens para detectá-la.
"Estudos anteriores analisaram nuvens poluídas ou rasas -- tipos que normalmente não criam as condições de alta supersaturação necessárias para a invigoração por condensação. Então não é surpresa que eles não viram esse mecanismo em ação", disse Daniel Rosenfeld da Universidade Hebraica de Jerusalém e Universidade de Wuhan,