Små aerosolpartiklar kan möjligen förstärka tropiska konvektionsmoln, men forskare har debatterat idén i årtionden. Aerosoler påverkar bildandet och tillväxten av molndroppar, vilket kan påverka kondensation och frigörandet av latent värme.

En föreslagen process, kallad kondensationell aerosol-konvektiv invigoration, beror på att moln utvecklar mycket hög vattenångövermättnad. När dessa förhållanden inträffar kan ytterligare aerosolpartiklar bilda nya droppar. Det kan öka kondensationen, frigöra mer latent värme och potentiellt accelerera stigande luft inuti molnet.

Flygmätningar har i allmänhet inte detekterat de höga nivåerna av kvasistationär övermättnad som krävs för denna process. Men det betyder inte att sådana förhållanden aldrig förekommer i atmosfären.

Många tidigare mätningar fokuserade på molnmiljöer där extrem övermättnad var osannolik. Dessa inkluderade relativt förorenade moln, grunda varma moln och moln som provtagits under deras djupare konvektionsregioner. På högre höjder kan droppkollisioner, nederbörd och snabbare uppvindar minska den totala ytan av droppar, vilket gör att övermättnad kan byggas upp.

En ny studie publicerad i Advances in Atmospheric Sciences undersökte flygmätningar som samlats in under NASA:s Cloud, Aerosol and Monsoon Processes Philippines Experiment. Kampanjen ägde rum över Filippinerna och närliggande tropiska hav 2019.

Forskare från Kina, USA och Israel uppskattade kvasistationär övermättnad med hjälp av mätningar av uppvindshastigheter och molndroppstorleksfördelningar. Metoden fångar balansen mellan vattenånga som produceras när luft stiger och vattenånga som avlägsnas när den kondenserar på droppar.

Resultaten indikerar att tropiska konvektionsmoln kan nå övermättnadsnivåer långt högre än de som registrerats i tidigare flygstudier med jämförbara metoder.

Övermättnaden ökade när flygplanet provtog högre delar av molnen och nådde cirka 10 % vid ungefär −5 °C. Vid den temperaturen bestod uppvindsregionerna fortfarande huvudsakligen av underkylda vätskedroppar.

Uppskattad övermättnad fortsatte att öka vid kallare temperaturer. Men is började bildas i dessa regioner, vilket gör uppskattningar baserade enbart på vätskefasen mindre säkra.

En nyligen publicerad följdstudie ger ytterligare stöd för fynden. Forskare som använde data från ESCAPE-flygkampanjen över kustnära Texas och Louisiana oberoende detekterade sällsynt men extrem kvasistationär övermättnad på cirka 11 % i djupa konvektionsuppvindar.

Tillsammans tyder studierna på att hög vattenångövermättnad förekommer i de molnmiljöer där kondensationell aerosol-konvektiv invigoration är mest sannolik.

De största tillförlitliga värdena hittades i starka uppvindar med relativt låga droppkoncentrationer. När moln innehöll fler droppar ökade deras kombinerade yta. Mer ånga kondenserade då på dessa droppar, vilket minskade den uppskattade övermättnaden.

Observationerna bevisar inte att aerosoler orsakade att de provtagna molnen blev starkare. Istället visar de att de atmosfäriska förhållanden som krävs för kondensationell aerosol-invigoration kan utvecklas inuti verkliga tropiska konvektionsmoln.

Hög övermättnad fungerar som "bränsle" som ytterligare fina eller ultrafina aerosolpartiklar kan använda för att bilda fler droppar. Dessa droppar kan öka kondensationen, frigöra ytterligare latent värme och potentiellt förstärka molnets uppvindar.

Huvudfyndet är inte bara att extrem övermättnad existerar. Forskare måste också undersöka rätt typer av moln för att upptäcka den.

"Tidigare studier tittade på förorenade eller grunda moln – typer som vanligtvis inte skapar de högövermättnadsförhållanden som krävs för kondensationell invigoration. Så det är ingen överraskning att de inte såg den mekanismen i aktion," sade Daniel Rosenfeld från Hebrew University of Jerusalem och Wuhan University.