Подтверждено влияние атмосферной пыли на образование ледяных облаков

Известно, что доля облаков с ледяной вершиной зависит от пылевых частиц в облаке, которые служат ядрами для образования кристаллов льда. Однако это не было четко продемонстрировано с использованием большого массива данных. В исследовании, опубликованном 31 июля 2025 года, исследователи подтвердили эту взаимосвязь, используя 35 лет спутниковых данных. Они показали, что доля облаков с ледяной вершиной (т.е. отношение количества льда на вершине облака к общей частоте или ITF) в Северном полушарии в диапазоне температур от −15° до −30°C сильно коррелирует с количеством пылевых частиц в облаках. Это важно для климатического моделирования, поскольку радиационное воздействие и осадки в облаках будут зависеть от того, покрыты ли они слоем льда или воды.

Слово «пыль» вызывает чувство неудобства и дискомфорта, и это вполне обоснованно, поскольку пыль, образующаяся в результате природных источников и деятельности человека (строительства, промышленных процессов и движения транспорта), способствует загрязнению воздуха твердыми частицами, что негативно сказывается на здоровье дыхательной и сердечно-сосудистой систем. В засушливых и полузасушливых регионах песчаные и пыльные бури выбрасывают в воздух большое количество частиц минеральной пыли. В результате загрязнение воздуха влияет на здоровье населения, окружающую среду и уровень радиации.  

Воздушная минеральная пыль также играет важную роль в климатической системе. Она поглощает и рассеивает солнечное и тепловое излучение, следовательно, напрямую влияет на энергетический баланс земной системы. Любое изменение нагрузки атмосферной минеральной пыли изменяет радиационный баланс региона (т. е. чистое изменение потока излучения из-за пыли или радиационного воздействия пыли). Воздушные частицы размером до 0.2 мкм также действуют как затравки для образования облачных капель, когда на них конденсируется водяной пар. Называемые ядрами конденсации облаков (ЯКО), эти частицы служат основой для облачных капель и необходимы для инициирования образования облачных капель и развития облаков и дождя. Они косвенно влияют на климатическую систему Земли, включая радиационное воздействие. Изменения концентраций воздушных частиц, действующих как ЯКО, оказывают значительное влияние на свойства облаков, радиационное воздействие и климат. 

Типы облаков и отношение числа обледенений к общей частоте (ITF)

Облака могут быть трех типов в зависимости от того, состоят ли они в основном из кристаллов льда или жидких капель воды. Ледяные облака состоят из кристаллов льда, образованных путем нуклеации вокруг частиц зародышей льда (INP), таких как минеральная пыль. Они обычно образуются на больших высотах, где преобладает температура замерзания. Водяные облака, с другой стороны, в основном состоят из капель жидкой воды и образуются, когда водяной пар в атмосфере охлаждается и конденсируется в капли жидкой воды вокруг ядер конденсации облаков (CCN), таких как частицы пыли или соли. Облака смешанной фазы содержат как кристаллы льда, так и переохлажденные капли воды. Этот процесс, когда переохлажденные капли воды замерзают на кристаллах льда или других частицах льда, вызывая значительное увеличение их массы и плотности, называется образованием инея. Образование инея наблюдается в основном в облаках смешанной фазы при температурах от -5 °C до -25 °C в местах, где переохлажденные капли воды замерзают при столкновении с кристаллами льда. Частота обледенения (ITF) — это доля ледяных облаков по сравнению с общим числом облаков, наблюдаемых на верхнем уровне облачности.  

Процессы, связанные с воздействием минеральной пыли на климатическую систему, хорошо изучены, однако исследователям предстояло изучить по меньшей мере две проблемы.  

Во-первых, существовала неопределенность в оценке прямого и косвенного воздействия минеральной пыли на климат в глобальном масштабе. Миссия НАСА EMIT (Исследование источников минеральной пыли на поверхности Земли), установленная на борту МКС, решает эту проблему, картируя состав минеральной пыли в засушливых регионах Земли и предоставляя глобальный набор данных для моделирования климата. 27 июля 2022 года она достигла важной вехи, впервые сделав снимок Земли. В прошлом году, в 2024 году, она перешла в продлённую фазу миссии, по крайней мере, до 2026 года.  

Во-вторых, хотя давно известно, что доля облаков со льдом зависит от пылевых частиц в облаке, которые служат зародышами для образования ледяных кристаллов. Однако это не было четко продемонстрировано с использованием большого набора данных. В исследовании, опубликованном 31 июля 2025 года, исследователи подтвердили эту связь, используя 35 лет спутниковых данных. Они показали, что доля облаков со льдом (а именно, частота льда на вершине облака к общей частоте или ITF) в Северном полушарии между −15° и −30°C сильно коррелирует с обилием пылевых частиц в облаках. Это важно для моделирования климата, поскольку радиационное воздействие и осадки облаков будут зависеть от того, покрыты ли они слоем льда или воды.  

(Благодарность: доктору Саччидананду Сингху , главному научному сотруднику CSIR-NPL, Индия, за ценные замечания по теме и редактирование.)

Ссылки:  

1. Виллануева Д. и др. 2025. Замерзание капель, вызванное пылью, объясняет фазу верхней границы облаков в северных внетропических зонах. НАУКА. 31 июля 2025 г. Том 389, выпуск 6759, стр. 521–525. DOI: https://doi.org/10.1126/science.adt5354 

Связанная статья 

• Климатические эффекты атмосферной минеральной пыли: миссия EMIT достигла рубежа (1 августа 2022 г.)