En av de store utfordringene med dagens klimamodeller er at de ikke i tilstrekkelig grad greier å ta hensyn til hvordan skyene endrer seg når klimaet blir varmere. Det ønsker Trude Storelvmo å gjøre noe med. Hun er professor i meteorologi på Institutt for geofag ved UiO og leder en rekke forskningsprosjekter. De skal øke forståelsen for hva som skjer med skyene når klimaet endrer seg. Den nye kunnskapen er viktig for å kunne forutsi hvordan klimaet blir i fremtiden.
Det er allment kjent at økning av klimagasser varmer opp atmosfæren. Derimot er det mindre kjent at også skyene endrer seg når atmosfæren blir varmere.
– Kloden vår hadde blitt mye varmere om vi hadde hatt en verden uten skyer. Vi vet at skyer har en sterkt avkjølende effekt på klimasystemet, og vi vet at skyer reagerer på klimaendringer. Spørsmålet er hvordan og hvor mye. Vi ønsker derfor å finne ut av hvordan skyene forsterker oppvarmingen.
Les også: Sju ting du kanskje ikke visste om skyer
Dråper og iskrystaller
Når skyer dannes, er det svært viktig å forstå hva som skjer på mikroskopisk nivå. Her snakker vi om så små dimensjoner som ti til tjue mikrometer. En mikrometer er en tusendels millimeter.
– Vi er spesielt interessert i de skyene som er relativt kalde og som består av både dråper og iskrystaller. Det er nettopp der det skjer dramatiske endringer når atmosfæren blir varmere. Da endres sammensetningen av dråper og is i skyene. Når det blir mer dråper og mindre is, endres den avkjølende effekten av skyene.
Uheldigvis er den termodynamiske balansen mellom dråper og is ganske ustabil. Forskerne vet ikke nok om hvordan skyene endrer seg når det blir en annen sammensetning av is og dråper.
– Når vi har sameksistens av dråper og is, sier termodynamikken at iskrystallene skal vokse fort og at dråpene skal fordampe, men i realiteten er fysikken langt mer kompleks. Det finnes ingen perfekt blanding av iskrystaller og dråper. Sameksistensen er kaotisk og turbulent. Og i visse mikro-områder i skyene er det mer vanndråper, og i andre områder er det mer is.
Les også: Skyer av is og skyer av vann varmer jorda forskjellig
Går galt i dagens modeller
Trude Storelvmo jobber nå med å forstå skyene bedre på mikronivå.
– Klimamodellene strever med å beskrive disse skyene. De beregner ofte at det er for mye is og for lite flytende vann i skyene. Det fører til at klimamodellene overestimerer den avkjølende effekten fra skyene og bommer på hva skyene har å si for oppvarmingen. Dessverre har vi funnet ut at oppvarmingen vil være sterkere enn det mange klimamodeller har kommet frem til. Det er ikke gode nyheter.
Trude Storelvmo ønsker å forstå hvordan skyene påvirker klimaet over hele jorden. For å løse denne gordiske knuten er hun spesielt interessert i å undersøke skyer i polare strøk. Da snakker hun om både Arktis og Antarktis. Det er her de største problemene oppstår.
Mangler kunnskap om skyer
Uheldigvis fins det svært få målinger av sammensetningen av skyer i de polare områdene. Forskerne er derfor prisgitt satellittmålinger. Satellittene beveger seg i baner 20 000 kilometer over bakken. Da er det kanskje ikke så vanskelig å forstå at målingene blir usikre. Forskerne er nødt til å gjøre en del antakelser.
Storelvmo ønsker derfor bedre målinger av skyenes indre, mikroskopiske liv. Blant annet er forskerteamet hennes allerede i gang med å avsløre hvordan skyene ser ut fra bemannete fly med base på Andøya helt ytterst i Nordland. De skal også måle skyene i Antarktis. Disse målingene må gjøres fra bakken.
– Hvorfor må dere reise til Antarktis for å observere skyene der? Er ikke skyene de samme som i Arktis?
– Mye er likt, men en del er også forskjellig. Skyer oppfører seg ulikt over hav og land. Superviktige aerosoler. Dessuten handler det om hva slags partikler som befinner seg i skyene. Disse partiklene kalles for aerosoler.
– Så lenge det er varmere enn minus førti grader, trengs det spesielle partikler i atmosfæren for å danne iskrystaller. De er veldig sjeldne i atmosfæren. Dråper fryser ikke spontant før de kommer i kontakt med disse partiklene eller får en lavere temperatur enn førti minusgrader. Det er derfor det fins så mye flytende vann i atmosfæren, selv om det er bitende kaldt.
Det er færre aerosoler i Antarktis enn i Arktis.
– Vi kan derfor ikke bare måle skyene i Arktis og vite hvordan skyene er i Antarktis.
Det er nettopp i Sørishavet at mange skyer består av en blanding av dråper og iskrystaller som har en temperatur på mellom null og minus førti grader. Så Antarktis er en viktig del av verden for å forstå hvordan skyer dannes.
– Vi jakter på de aerosolene som har evnen til å danne iskrystaller. Bare én av ti tusen aerosoler har denne evnen.
De viktigste aerosolene for isdannelse er mikropartikler fra mineraler og ørkensand. Andre er de som stammer fra marine organismer på havoverflaten.
– Demper partiklene oppvarmingen?
– Partiklene styrer veldig mye av levetiden til skyer og deres evne til å reflektere solstråler. De har en avkjølende effekt, men det er mange åpne spørsmål, slik som hva opphopning av støv i tørre områder vil gjøre med skyene.
– Hva med menneskeskapte partikler?
– Vi har inntil nylig trodd at de ikke var så viktige, men nå vet vi at partikler fra visse typer industrielle utslippskilder kan danne is i skyene. De kan derfor også være viktige. Vi er i startgropen med å forstå hva dette har betydd for klima-utviklingen frem til i dag. Hva som vil skje med fremtidens klima, er avhengig av hva slags industrielle utslipp det er snakk om og om det blir flere eller færre av disse partiklene.
Trollstasjonen i Antarktis
For å samle inn mer info om hvordan skyer dannes over Antarktis, skal Storelvmo, i samarbeid med blant andre Norsk Polarinstitutt, bruke målinger fra den norske forskningsstasjonen Troll i Antarktis.
– Blir det ikke en begrensning om dere bare måler skyene i den antarktiske «sommeren»?
– Det er faktisk overraskende lite sesongvariasjoner i skyene der nede.
Forskningsstasjonen skal dessuten bygge opp infrastruktur slik at de kan gjennomføre målinger året rundt. Disse målingene skal gjøres med både radar og lidar. Og hvis du lurer på forskjellen mellom radar og lidar: Bølgelengdene til lidar er kortere. Ellers går lidar og radar stort sett ut på ett.
– Det som er fint med disse målingene: Når vi måler skyene fra satellitt, klarer vi ikke å se hele veien igjennom skyene. Signalene svekkes når de kommer inn i skyene. Da mister vi mye informasjon. Det er derfor verdifullt også å undersøke skyene fra bakken.
Enorme beregninger
For å komme i mål har Trude Storelvmo knyttet til seg en rekke forskere fra en rekke fagfelt. Blant spesialistene hennes er de som optimerer beregningene på tungregnemaskiner. Uten slike maskiner er det ikke mulig å gjennomføre beregningene.
– I den globale klimamodellen kan vi velge oss en region, slik som Sørishavet, der vi simulerer hva som skjer med høyere oppløsning. Vi ønsker så høy oppløsning som mulig.
Tungregnemaskiner er minst ti tusen ganger kraftigere enn en vanlig PC på kontoret ditt. Det betyr at hvis PC-en din hadde trengt ett år på å kjøre en beregning, ville den samme beregningen ha tatt 52 minutter å kjøre på tungregnemaskinen. Men klimamodellene krever dessverre mye mer regnekapasitet enn dette. Avhengig av hvor høy oppløsning forskerne ønsker seg, kan det ta opptil en måned å kjøre klimamodellen på tungregnemaskinen. Skulle du ha gjort de samme beregningene på PC-en din, ville de ha tatt mer enn 800 år.
Økonomiske konsekvenser
Selv om nitti prosent av forskningen deres handler om hvordan de kan forbedre klimamodellene ved å forstå mer om dannelsen av skyer, er Trude Storelvmo også interessert i de økonomiske konsekvensene av klimaendringene.
– Det startet som et lite nysgjerrighetsdrevet sideprosjekt.
Hun fikk ideen da hun for noen år siden var professor på Yale University i Connecticut, tretten mil nordøst for New York. Der samarbeidet hun tett med økonomer, deriblant professor William Nordhaus som i 2018 fikk nobelprisen i økonomi for nettopp å beregne de økonomiske konsekvensene av klimaendringer.
Forskerne på Yale har laget en modell som simulerer hvordan den økonomiske situasjonen endrer seg i de ulike delene av verden når temperaturen øker.
– Den eneste klimarelaterte parameteren i modellen er temperaturendringer. Modellen viser at en moderat temperaturøkning vil bedre økonomien på de nordlige breddegradene, men at økonomiene i det globale sør vil rammes selv om oppvarmingen er relativt liten.
Usikkerheten er dessverre stor.
– Selv om modellen er mye brukt, mener vi at den er for enkel.
Storelvmo så en enestående mulighet til å koble den økonomiske modellen på Yale med den norske klimamodellen NorESM for å få et bedre bilde av hvordan klimaendringene påvirker økonomien.
– Vi har nå laget et modellverktøy der vi etter hvert kan ta hensyn til flere klimavariabler. Dette handler om mer enn temperaturer. Det er vel så viktig å ta hensyn til ekstreme hendelser, slik som ekstrem nedbør og ekstrem tørke.
Trude Storelvmo sier det har vært krevende å koble sammen de to modellene.
– Ingen andre har så langt gjort noe tilsvarende. Vi er i ferd med å publisere de første resultatene. De kommer i løpet av året.
Denne artikkelen ble først publisert i Apollon.
