Un nuevo estudio conjunto internacional proporciona evidencia clave para un debate científico de larga data sobre el clima y la atmósfera. Un equipo internacional de científicos de China, Estados Unidos e Israel descubrió que la sobresaturación de vapor de agua en las nubes convectivas tropicales profundas supera con creces los registros de observaciones humanas anteriores. Este descubrimiento confirma una hipótesis propuesta previamente por la comunidad científica, es decir, dadas las condiciones atmosféricas adecuadas, pequeñas partículas de aerosol tienen el potencial de "catalizar" y mejorar las nubes de tormenta tropical.
Los científicos del clima han debatido durante mucho tiempo si las diminutas partículas de aerosol realmente hacen que las nubes de tormenta tropicales sean más poderosas. La evolución de las nubes convectivas profundas da forma directamente a las precipitaciones globales, los rayos y los patrones climáticos, mientras que las pequeñas partículas en el centro de las gotas de las nubes alteran los mecanismos físicos dentro de las nubes de manera sutil. La comunidad científica ha propuesto un mecanismo teórico llamado "excitación por convección de aerosol condensado". Este mecanismo cree que cuando el vapor de agua dentro de la nube alcanza un estado de "sobresaturación" extremadamente alto (es decir, el contenido de vapor de agua en el aire excede con creces el contenido en el estado de equilibrio habitual), la introducción de partículas de aerosol catalizará la producción de una gran cantidad de gotas de nube adicionales, acelerando así la condensación y liberando más calor latente, lo que finalmente hará que la corriente ascendente dentro de la nube convectiva se fortalezca considerablemente.
Sin embargo, antes de esto, debido a que las observaciones aéreas pasadas se concentraban principalmente en nubes con mucha contaminación y nubes cálidas poco profundas, o los lugares de muestreo estaban debajo de áreas de convección profunda, donde la precipitación y las gotas de las nubes se fusionan muy rápidamente, lo que puede debilitar fácilmente la acumulación de sobresaturación, los datos medidos por aviones anteriores rara vez capturaban el alto nivel de sobresaturación en estado casi estacionario requerido para respaldar esta teoría.
Para resolver este misterio, el equipo de investigación realizó un análisis en profundidad de los datos de observación de aviones del "Experimento de procesos de nubes, aerosoles y monzones" llevado a cabo por la NASA en Filipinas y los océanos tropicales circundantes en 2019. Utilizaron la velocidad de la corriente ascendente medida y la distribución del tamaño de las gotas de las nubes para derivar la sobresaturación en estado casi estacionario. Este enfoque innovador captura perfectamente el equilibrio dinámico entre el ascenso del aire que produce vapor de agua y la condensación del vapor de agua en gotas de nubes.
Los resultados muestran que la sobresaturación que se puede lograr en las nubes convectivas tropicales es mucho mayor que la registrada anteriormente mediante observaciones similares. Los datos muestran que la sobresaturación calculada en estado casi estacionario aumenta con la altitud, alcanzando alrededor del 10% en el área alrededor de -5 grados Celsius, donde la capa de nubes todavía está dominada por gotas de agua sobreenfriada. En áreas con temperaturas más frías, las estimaciones de sobresaturación siguen aumentando. Al mismo tiempo, otro estudio independiente paralelo sobre el proyecto de observación aérea "ESCAPE" en las zonas costeras de Texas y Luisiana confirmó también esta conclusión. Este estudio también encontró una sobresaturación rara pero extrema en estado casi estacionario de hasta el 11% en corrientes ascendentes convectivas profundas. Juntos, estos dos estudios independientes demuestran de manera concluyente que existen niveles extremadamente altos de sobresaturación de vapor de agua en los entornos de nubes que esperaban los científicos.
Los investigadores observaron que la sobresaturación más significativa tiende a ocurrir cuando se combinan fuertes corrientes ascendentes con bajas concentraciones de gotas de nubes. Una vez que aumenta la concentración de las gotas de la nube, el área de superficie total de las gotas de la nube se expandirá, reduciendo así la sobresaturación a través de la condensación acelerada, lo cual es completamente consistente con las leyes de la física.
Aunque todavía no se puede deducir y probar directamente de estas observaciones que los aerosoles mejoran estas nubes, establecen una piedra angular extremadamente crítica: el "combustible atmosférico" necesario para la excitación de los aerosoles condensados existe en nubes convectivas tropicales reales. En un entorno de sobresaturación tan alta, si se agregan partículas de aerosol finas o ultrafinas, se condensarán fácilmente en nuevas gotas de nubes y liberarán calor latente adicional. Estudios anteriores no lograron descubrir este mecanismo principalmente porque no encontraron el objetivo correcto. Si realmente queremos descubrir el misterio de este mecanismo, la exploración científica futura debe centrarse en las nubes convectivas oceánicas limpias y profundas, y comparar más a fondo las diferencias entre las nubes convectivas tropicales en ambientes limpios y contaminados en misiones de aviación posteriores, para, en última instancia, mejorar la comprensión física de la humanidad sobre el impacto de los aerosoles en las lluvias intensas, los rayos y las predicciones climáticas globales.