El albedo de las nubes es una medida del albedo o reflectividad de una nube . Las nubes regulan la cantidad de radiación solar absorbida por un planeta y su irradiancia de superficie solar . Generalmente, una mayor cobertura de nubes se correlaciona con un albedo más alto y una menor absorción de energía solar . El albedo de las nubes influye fuertemente en el presupuesto energético de la Tierra , representando aproximadamente la mitad del albedo de la Tierra. [1] [2] El albedo de las nubes está influenciado por las condiciones de formación de las nubes y las variaciones en el albedo de las nubes dependen de la masa total de agua, el tamaño y la forma de las gotitas o partículas y su distribución en el espacio. [3] Las nubes gruesas reflejan una gran cantidad de radiación solar entrante, lo que se traduce en un albedo alto. Las nubes delgadas tienden a transmitir más radiación solar y, por lo tanto, tienen un albedo bajo. Los cambios en el albedo de las nubes causados por variaciones en las propiedades de las nubes tienen un efecto significativo en el clima global , teniendo la capacidad de entrar en espiral en bucles de retroalimentación. [3]
A escala microscópica, las nubes se forman a través de la condensación de agua en núcleos de condensación de nubes . Estos núcleos son aerosoles como el polvo o la sal marina, pero también incluyen ciertas formas de contaminación . [1] Los núcleos provienen de una variedad de fuentes naturales o antropogénicas . Por ejemplo, el polvo puede surgir de desiertos arrastrados por el viento o de actividades agrícolas o de construcción humanas, de manera similar, incluso contaminantes como COV o sulfatos pueden ser emitidos por la vida vegetal o la actividad volcánica respectivamente. [1] El tamaño, la concentración, la estructura y la composición química de estas partículas influyen en el albedo de las nubes. [4] [5] Por ejemplo, las partículas de aerosol de carbono negro absorben más radiación solar y los aerosoles de sulfato reflejan más radiación solar. Las partículas más pequeñas forman gotitas de nube más pequeñas, que tienden a disminuir la eficiencia de precipitación de una nube y aumentar el albedo de la nube. [4] Además, más núcleos de condensación de nubes aumentan el tamaño de una nube y la cantidad de radiación solar reflejada. [5]
El albedo de las nubes en un planeta varía entre menos del 10% y más del 90% y depende del contenido de agua líquida /hielo, el espesor de la nube, el tamaño de las gotas, el ángulo cenital solar, etc. [3]
Un mayor contenido de agua líquida y hielo en una nube aumenta el albedo de las nubes. Este es el factor dominante en el albedo de una nube. [6] [7] El cambio en el albedo es mayor para las nubes con menos contenido de agua al principio y las nubes más grandes comienzan a recibir rendimientos decrecientes a medida que aumenta el contenido. El contenido de agua en forma de hielo es común en nubes de gran altitud como los cirros . [7]
Las nubes más espesas tienen un albedo más alto que las más delgadas. [1] [3] [6] De hecho, las nubes espesas y las delgadas ocasionalmente responderán de manera diferente a las diferencias en otros factores, como el tamaño de las gotas. Las nubes que tienden a ser más espesas y tener albedos más altos incluyen las nubes cúmulos , estratocúmulos y cumulonimbos . [3] [1]
El contenido de agua y el espesor de las nubes juntos forman la trayectoria del agua líquida en una nube . Este valor también varía notablemente con el cambio de tamaño de las gotas de las nubes. [6] La trayectoria del agua líquida se mide normalmente en unidades de g/m2 y las nubes que superan los 20 g/m2 normalmente se vuelven opacas a la luz de longitud de onda larga, aunque esto puede no ser así con los cirros. [7]
En general, un tamaño de gota más pequeño se asocia con un albedo mayor. Dicho esto, dependiendo de la ubicación de la nube, las nubes delgadas pueden tener en realidad lo opuesto. [6] Sin embargo, en los casos generales y más influyentes, un tamaño de partícula menor hace que las nubes tengan albedos más altos al tener áreas de superficie más grandes en relación con sus volúmenes. Esto hace que las gotas sean más blancas o más reflectantes. [1] [7]
El efecto Twomey es un aumento del albedo de las nubes debido a los núcleos de nubes de la contaminación. [8] [4] El aumento de la concentración y la densidad de aerosoles conduce a una mayor concentración de gotitas en las nubes, gotitas más pequeñas en las nubes y un mayor albedo en las nubes. [6] [7] En nubes macrofísicamente idénticas, una nube con pocas gotas más grandes tendrá un albedo menor que una nube con más gotas más pequeñas. Las partículas de nubes más pequeñas aumentan de manera similar el albedo de las nubes al reducir la precipitación y prolongar la vida útil de una nube. Esto posteriormente aumenta el albedo de las nubes a medida que la radiación solar se refleja durante un período de tiempo más largo. El efecto Albrecht es el concepto relacionado de aumento de la vida útil de las nubes a partir de los núcleos de las nubes. [5]
El albedo de las nubes aumenta con el contenido total de agua o la profundidad de la nube y el ángulo cenital solar . [7] La variación del albedo con el ángulo cenital es más rápida cuando el sol está cerca del horizonte y menos rápida cuando el sol está en lo alto. La absorción de la radiación solar por las nubes plano-paralelas disminuye con el aumento del ángulo cenital porque la radiación que se refleja al espacio en los ángulos cenitales más altos penetra menos profundamente en la nube y, por lo tanto, es menos probable que sea absorbida. [7]
El albedo de las nubes afecta indirectamente al clima global a través de la dispersión y absorción de la radiación solar en el balance de radiación de la Tierra. [2] Las variaciones en el albedo de las nubes causan inestabilidad atmosférica que influye en el ciclo hidrológico , los patrones climáticos y la circulación atmosférica . [4] Estos efectos están parametrizados por el forzamiento radiativo de las nubes , una medida de la radiación de onda corta y onda larga en relación con la cobertura de nubes . El Experimento del Presupuesto de Radiación de la Tierra demostró que pequeñas variaciones en la cobertura de nubes, la estructura, la altitud, el tamaño de las gotas y la fase tienen efectos significativos en el clima. Un aumento del cinco por ciento en la reflexión de onda corta de las nubes contrarrestaría el efecto invernadero de los últimos doscientos años. [4]
En los modelos de nubes y clima existen diversos ciclos de retroalimentación positivos y negativos entre el albedo de las nubes y el clima. Un ejemplo de un ciclo de retroalimentación negativo entre las nubes y el clima es que, a medida que un planeta se calienta, aumenta la nubosidad, lo que aumenta el albedo del planeta. Un aumento del albedo reduce la radiación solar absorbida y conduce al enfriamiento. Un ciclo de retroalimentación positivo que lo contrarresta considera el aumento de la capa de nubes altas, la reducción de la distribución vertical de la nubosidad y la disminución del albedo. [9]
La contaminación del aire puede provocar variaciones en los núcleos de condensación de las nubes, lo que crea un ciclo de retroalimentación que influye en la temperatura atmosférica, la humedad relativa y la formación de nubes en función de las características regionales y de las nubes. Por ejemplo, el aumento de los aerosoles de sulfato puede reducir la eficiencia de las precipitaciones, lo que da lugar a un ciclo de retroalimentación positivo en el que la disminución de la eficiencia de las precipitaciones aumenta la longevidad atmosférica de los aerosoles. [5] Por otro lado, se puede establecer un ciclo de retroalimentación negativo en las nubes de fase mixta en las que el aerosol de carbono negro puede aumentar la formación de precipitaciones en fase de hielo y reducir las concentraciones de aerosoles. [5]