פערים גדולים בתהליכים המיקרופיזיקליים השולטים בעננות מעורבת במודלים אקלימיים

למה תערובת הקרח והמים בעננים חשובה

עננים המכילים גם טיפות נוזל וגם גבישי קרח משפיעים באופן משמעותי על מהירות ההתחממות של כוכב הלכת, מכיוון שהם קובעים כמה קרינת שמש מוחזרת לחלל וכמה חום נשמר מתחתיהם. עם זאת, מודלים אקלימיים עכשוויים אינם מסכימים באופן חד עד כמה עננים "מעורבים" אלו הם נוזליים מול קפואים, במיוחד באזורים קרים. המחקר הזה בוחן את התהליכים המיקרוסקופיים בתוך העננים היוצרים וממירים קרח, ושואל האם מודלים שונים לפחות מסכימים על אילו תהליכים הם החשובים ביותר. התשובה נושאת השלכות משמעותיות על מידת הביטחון שניתן לייחס להprojekציות האקלימיות.

איזון בין נוזל לקרח בעננים קרים

המחברים מתמקדים בשבר הסופרקולרי של הנוזל, מדד לכמה ממי הענן המעורב נשארים נוזליים גם בטמפרטורות מתחת להקפאה. רבים מהמודלים הגלובליים מעריכים חסר בחלק הנוזלי הזה, מה שיכול להציג עננים כקפואים ופחות מחזירי אור ממה שהם באמת, ובסופו של דבר להטות כלפי מטה את האומדנים של רגישות האקלים של כדור הארץ. כדי להבין מדוע, הצוות משווה שלושה מודלים אקלימיים מהשורה הראשונה ומשווה את שלב הענן המדומה שלהם מול נתוני לווין, אשר מאפשרים להסיק על קרח ונוזל בעננים באמצעות כלי לייזר חיצוני לחלל.

ארבעה תהליכים זעירים עם השלכות גדולות

המחקר מתמקד בארבעה תהליכים מרכזיים הקשורים לקרח: הנצה ראשונית של קרח, שבה חלקיקים מיוחדים באוויר מעוררים את גבישי הקרח הראשונים; ייצור קרח משני, שבו קרח קיים מייצר גבישים נוספים דרך שבירה וחרירה; שקיעה (סדימנטציה), נפילתם האיטית של גבישי הקרח דרך האטמוספירה; והעברה, שמזיזה את הקרח באמצעות רוחות ותערובות. באמצעות עיצוב סטטיסטי "פקטוריאלי", החוקרים מדליקים ומכבים בצורה שיטתית כל תהליך במודלים ומודדים עד כמה איזון הנוזל–הקרח מגיב. זה מאפשר להם לדרג איזה תהליך משפיע ביותר, בגבהים, בטמפרטורות ובקוֹעות רוחב שונים.

איך המודלים רואים את אותם עננים בצורה שונה

כאשר הצוות משווה את שלושת המודלים בינם לבין עצמם ולתצפיות הלוויין, הם לא מוצאים תמונה משותפת לגבי מבנה העננים המעורבים. באזורים ובטווחי טמפרטורה מסוימים, מודלים בודדים אכן מתיישרים עם רישום הלוויין, אך הם עושים זאת מסיבות פנימיות שונות. מודל אחד נוטה להוריד גבישי קרח מהאוויר מהר מהרגיל, כך שסדימנטציה שולטת בהתנהגות הענן שלו. מודל נוסף רגיש מאוד לאופן שבו גבישי קרח חדשים נוצרים, מה שהופך את ההנצה הראשונית למניע העיקרי בטמפרטורות הקרות. מודל שלישי מקנה תפקיד מוגבר להעברה, ובמיוחד לזרימה יוצאת מעננים קונבקטיביים, מה שמסביר את ההטיות החזקות שלו באזור הטרופי.

בדיקת מתכון משותף ליצירת קרח

כדי לבדוק האם לפחות מרכיב אחד של הפיזיקה יכול להיות מתואם, המחברים מיישמים את אותו מתכון מבוסס למידת מכונה לייצור קרח משני בכל שלושת המודלים. הסכימה המאוחדת הזאת נועדה לחקות כיצד עננים אמיתיים מרבים גבישי קרח כאשר הם מתנגשים, קופאים ומתמוטטים. אפילו עם מרכיב זהה, המודלים מגיבים באופן שונה מאוד: בשניים מהם, ייצור קרח משני מפחית משמעותית את כמות הנוזל בעננים מעורבים ברצועת הטמפרטורה שבה הוא פעיל, בעוד שבמודל השלישי זה כמעט ואינו משנה את התוצאה. בשום אחד מהמודלים השדרוג בפיזיקה לא מביא באופן אוטומטי להתאמה רחבה יותר של שלב הענן מול נתוני הלוויין.

מה משמעות הדבר עבור תחזיות האקלים

נקודת ההסכמה החזקה ביותר במחקר היא שבעננים מעורבים קרים מאוד מעל קווי רוחב צפוניים גבוהים, ההנצה הראשונית של קרח שולטת בכמה נוזל שורד. מחוץ לנישה הצרה הזו, עם זאת, שלושת המודלים אינם מסכימים על איזה תהליך מיקרופיזיקלי הוא החשוב ביותר, ואפילו אילו תהליכים ניתן להתעלם מהם בבטחה. היעדר קונצנזוס זה אומר שמסקנות הנגזרות ממודל אקלימי יחיד לגבי פיזיקת העננים באטמוספירה האמיתית צריכות להילקח בזהירות. לצורך תחזית אקלימית מעשית, התוצאות תומכות בשתי אסטרטגיות מקבילות: תצפיות טובות וממוקדות יותר שמגבילות בו-זמנית מערכים של תהליכי ענן; וגישות דוגמנות חדשות שמייצגות את האפקט הנטו והסטטיסטי של תהליכים מיקרופיזיקליים רבים משולבים, במקום להסתמך רק על נוסחאות דטרמיניסטיות נפרדות לכל אחד מהם.

ציטוט: Frostenberg, H.C., Costa-Surós, M., Georgakaki, P. et al. Large discrepancies in dominant microphysical processes governing mixed-phase clouds across climate models. npj Clim Atmos Sci 9, 75 (2026). https://doi.org/10.1038/s41612-026-01342-7

מילות מפתח: עננות מעורבת, מודלים אקלימיים, מיקרופיזיקה של קרח, שלב הענן, רגישות האקלים