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 la irradiancia de su superficie solar . Generalmente, una mayor nubosidad se correlaciona con un mayor albedo y una menor absorción de energía solar . El albedo de las nubes influye fuertemente en el presupuesto energético de la Tierra y representa 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 gotas o partículas y su distribución en el espacio. [3] Las nubes espesas reflejan una gran cantidad de radiación solar entrante, lo que se traduce en un alto albedo. Las nubes delgadas tienden a transmitir más radiación solar y, por 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 espirales en bucles de retroalimentación. [3]
A escala microscópica, las nubes se forman a través de la condensación de agua en los núcleos de condensación de las nubes . Estos núcleos son aerosoles como el polvo o la sal marina pero también incluyen determinadas formas de contaminación . [1] Los núcleos provienen de una variedad de fuentes naturales o antropogénicas . Por ejemplo, el polvo puede surgir de los postres arrastrados por el viento o de actividades humanas agrícolas o de construcción; de manera similar, incluso los 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 carbón negro absorben más radiación solar y los aerosoles de sulfato reflejan más radiación solar. Las partículas más pequeñas forman gotas de nubes más pequeñas, que tienden a disminuir la eficiencia de precipitación de una nube y a 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 desde menos del 10% hasta 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 las nubes. este es el factor dominante en el albedo de las nubes. [6] [7] El cambio en el albedo es mayor para las nubes con menos contenido de agua para empezar y las nubes más grandes comienzan a recibir rendimientos decrecientes con un mayor contenido. El contenido de agua en forma de hielo es común en las nubes de gran altitud, como los cirros . [7]
Las nubes más gruesas tienen un albedo mayor que las más delgadas. [1] [3] [6] De hecho, las nubes gruesas y las nubes delgadas ocasionalmente responderán de manera diferente a diferencias en otros factores, como el tamaño de las gotas. Las nubes que tienden a ser más espesas y tienen albedos más altos incluyen cúmulos , estratocúmulos y cumulonimbos . [3] [1]
El contenido de agua y el espesor de las nubes juntos forman el camino del agua líquida de una nube . Este valor también varía notablemente con el cambio del tamaño de las gotas de las nubes. [6] La trayectoria del agua líquida normalmente se mide en unidades de g/m 2 y las nubes que superan los 20 g/m 2 normalmente se vuelven opacas a la luz de longitud de onda larga, aunque esto puede no ser cierto con los cirros. [7]
En general, un tamaño de gota más pequeño se asocia con un mayor albedo. Dicho esto, dependiendo de la ubicación de la nube, las nubes delgadas pueden en realidad tener el efecto opuesto. [6] Sin embargo, en los casos generales y más influyentes, la disminución del tamaño de las partículas hace que las nubes posean 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 debido a la contaminación. [8] [4] El aumento de la concentración y la densidad de los aerosoles conduce a una mayor concentración de gotas de nubes, gotas de nubes más pequeñas y un mayor albedo de las nubes. [6] [7] En nubes macrofísicamente idénticas, una nube con pocas gotas más grandes tendrá un albedo más bajo que una nube con más gotas más pequeñas. De manera similar, las partículas más pequeñas de las nubes aumentan el albedo de las nubes al reducir la precipitación y prolongar la vida útil de una nube. Posteriormente, esto 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 del aumento de la vida útil de las nubes a partir de los núcleos de las mismas. [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 menor cuando el sol está encima. La absorción de la radiación solar por las nubes planas paralelas disminuye al aumentar el ángulo cenital porque la radiación que se refleja al espacio en los ángulos cenital 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 presupuesto 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 larga en relación con la cobertura de nubes . El Experimento del balance de radiación terrestre demostró que pequeñas variaciones en la cobertura, estructura, altitud, tamaño de las gotas y fase de las nubes 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]
Hay una variedad de ciclos de retroalimentación positiva y negativa del albedo de las nubes y el clima en los modelos climáticos y de nubes. Un ejemplo de un circuito de retroalimentación negativa entre las nubes y el clima es que a medida que un planeta se calienta, la nubosidad aumenta, lo que aumenta el albedo del planeta. Un aumento del albedo reduce la radiación solar absorbida y provoca un enfriamiento. Un circuito de retroalimentación positiva que lo contrarresta considera el aumento de la capa alta de nubes, 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, creando un circuito de retroalimentación que influye en la temperatura atmosférica, la humildad relativa y la formación de nubes dependiendo de las características regionales y de las nubes. Por ejemplo, el aumento de los aerosoles de sulfato puede reducir la eficiencia de la precipitación, lo que da como resultado un circuito de retroalimentación positiva en el que la disminución de la eficiencia de la precipitación aumenta la longevidad atmosférica de los aerosoles. [5] Por otro lado, se puede establecer un circuito de retroalimentación negativa en nubes de fase mixta en las que el aerosol de carbono negro puede aumentar la formación de precipitación en la fase de hielo y reducir las concentraciones de aerosol. [5]