Procesos internos de las borrascas baroclinas impregnadas con polvo

Los cirros son nubes de gran altitud (8 a 17 kilómetros) compuestas de partículas de hielo puro. Estas nubes tienen un impacto significativo en el clima del planeta al dispersar la luz solar entrante y absorber la radiación infrarroja emitida por la Tierra. En un nuevo estudio, Zeng et al. descubrió nuevos detalles sobre cómo se forman estas tenues nubes con forma de cabello en grandes sistemas de borrascas.

Nucleación con polvo en suspensión

El hielo forma cirros de dos maneras. En la nucleación homogénea, las gotas de agua líquida se congelan espontáneamente cuando encuentran las condiciones adecuadas. En la nucleación heterogénea, una partícula secundaria, como una mota de polvo, proporciona un sitio alrededor del cual se forma el cristal de hielo. La vía heterogénea opera en una gama más amplia de condiciones, pero requiere la presencia de desechos adecuados.

En el pasado, los investigadores pensaban que los cristales de hielo en las nubes cirros se formaban principalmente a través de la nucleación homogénea debido a las bajas temperaturas y la falta de partículas de nucleación de hielo a grandes altitudes. En el nuevo estudio, los científicos sugieren que, en las condiciones adecuadas, la nucleación heterogénea puede desempeñar un papel más importante de lo que se creía anteriormente.

Los investigadores probaron el papel que juegan las ciertas borrascas llamadas borrascas baroclinas impregnadas con polvo (dust-infused barocline storm systems, DIBS) en la formación de cirros. Estas borrascas elevan partículas de polvo desde la superficie de la Tierra hacia la atmósfera a través de cálidas cintas transportadoras. Investigaciones anteriores que utilizaron datos satelitales revelaron que las cimas de las nubes de DIBS tienen propiedades inusuales similares a las de los cirros. En el nuevo estudio, los científicos utilizaron datos satelitales y modelos para mostrar que las concentraciones extremadamente altas de cristales de hielo en los cirros DIBS se forman a través de la congelación heterogénea.

El estudio se basó en datos de un evento DIBS de mayo de 2017 en el este de Asia registrado por cuatro satélites meteorológicos separados. Los datos de imágenes, espectroscópicos, de radar y LIDAR indicaron que la borrasca de 2017 produjo concentraciones de partículas de hielo extremadamente altas de 1 a 10 partículas por centímetro cúbico, con tamaños de partículas en el rango de 10 a 30 micrómetros.

Estos datos se utilizaron en un modelo de pronóstico del tiempo (WRF-Chem). Los autores ejecutaron el modelo en dos configuraciones: un modelo simple que dependía solo de la temperatura y un segundo modelo más complejo que incluía factores adicionales como el área de superficie de las partículas nucleantes.

Los autores descubrieron que la parametrización más sofisticada coincidía más con las observaciones de nubes que el modelo simple: el modelo nuevo y más complejo arrojó "concentraciones de partículas de hielo de 10 a 100 veces más altas y tamaños de partículas de 2 a 3 veces más pequeños". Estos hallazgos, dicen los autores, indican que los cristales de hielo en DIBS se forman a través de la nucleación heterogénea de partículas de polvo.

Los hallazgos proporcionan un mecanismo de formación de cirros en DIBS que, según los autores, debería incorporarse en los modelos climáticos futuros.

Referencia

Yi Zeng et al, Extremely High Concentrations of Ice Particles in East Asian Dust-Infused Baroclinic Storm (DIBS) Cirrus Shield: Dominant Role of Dust Ice Nucleation Effect, Journal of Geophysical Research: Atmospheres (2023). DOI: 10.1029/2022JD038034