-111 stopni Celsjusza. Rekord zimna na naszej planecie padł na szczycie chmury burzowej

Satelity orbitujące wokół Ziemi od dawna obserwują zjawiska meteorologiczne, jakie zachodzą na naszej planecie. Dzięki nim wiemy także, jakie procesy zachodzą w chmurach. Na przykład w cumulonimbusach temperatura jest bliska temperaturze tropopauzy (to warstwa atmosfery ziemskiej znajdująca się na wysokości około 10-12 kilometrów wysokości, między troposferą a stratosferą), a ta wynosi około -55 stopni Celsjusza.

Szczególne zainteresowanie naukowców budzą "nadolbrzymie" chmury, które mogą dosięgać stratosfery. Dzięki danym z czujnika VIIRS na satelicie NOAA-20 wiadomo, że w jednej z takich chmur, która pojawiła się na południe od równika na południowo-zachodnim Pacyfiku, 29 grudnia 2018 roku zarejestrowano najniższą temperaturę, jaka kiedykolwiek pojawiła się na świecie. Było to -111 stopni Celsjusza.

Grupa naukowców pod kierownictwem dr. Simona Prouda z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Oksfordzkiego i brytyjskiego Narodowego Centrum Obserwacji Ziemi w swojej analizie, która dopiero niedawno ujrzała światło dzienne, opisała, jakie warunki meteorologiczne wpłynęły na powstanie rekordu i porównała dane VIIRS z innymi czujnikami, które w tym samym czasie badały ten region oceanu.

Chmury burzowe są typowe dla letnich dni. Im wyżej się wznoszą, tym temperatura ich wierzchołków staje się niższa. Konwekcja, czyli unoszenie się ciepłego powietrza z niskich wysokości na wyższe, to kluczowy proces meteorologiczny, który jest odpowiedzialny za wiele niebezpiecznych zjawisk pogodowych - wyładowania atmosferyczne, opady gradu lub intensywne opady deszczu.

Izolowane komórki konwekcyjne mogą pojawiać się na na całym świecie. Ich chmury często przybierają charakterystyczny kształt kowadła, w którym powietrze unosi się do tropopauzy. Tam dochodzi do inwersji, a powietrze rozprzestrzenia się poziomo, tworząc dużą chmurę o stosunkowo płaskim wierzchołku. Jeżeli prąd powietrza jest wystarczająco silny, chmura może przebić się przez tropopauzę do dolnych części stratosfery (a więc warstwy atmosfery ziemskiej, która może rozciągać się do wysokości 50 kilometrów od powierzchni Ziemi), tworząc kilkukilometrowy wierzchołek górowania (z angielskiego overshooting top - OT). Taki rodzaj chmur to częsty zwiastun bardzo potężnych burz.

Niezależnie od swojej wysokości OT, w miarę wznoszenia się, nieustannie się ochładza. Na zdjęciach satelitarnych ta część chmury zawsze wydaje się chłodniejsza niż otaczające ją kowadło czy powietrze stratosferyczne, w którym się znajduje. W niektórych przypadkach OT może wytworzyć pióropusz z cienkiej lodowej chmury w stratosferze, który może szybciej się ogrzewać. Na zdjęciach satelitarnych pióropusze te wydają się cieplejsze niż samo kowadło.

Praca naukowa pod kierownictwem dr. Simona Prouda wykazała, że na szczycie chmury burzowej, która pojawiła się pod koniec 2018 roku nad Pacyfikiem, doszło do niezarejestrowanego nigdy wcześniej spadku temperatury.

29 grudnia 2018 roku satelita NOAA-20 znalazł się nad silną chmurą burzową na południowo-zachodnim Pacyfiku, około 400 kilometrów na południe od wyspy Nauru w Mikronezji. Chmura ta była tak potężna, że jej OT sięgnął dolnej stratosfery, a ona sama rozciągała się na niemal 21 kilometrów.

Zarejestrowana wtedy temperatura -111 st. C jest o ponad 30 stopni niższa niż w typowych chmurach burzowych obserwowanych latem, a nawet w systemach takich jak huragany, tajfuny lub cyklony tropikalne. Naukowcy zgodnie stwierdzili, że to obecnie najniższa temperatura zarejestrowana na naszej planecie.

Badacze zauważyli, że obszar południowo-zachodniego Pacyfiku, nad którym VIIRS zmierzył rekord temperatury, jest związany z bardzo zimną tropopauzą. Z tego powodu chmury konwekcyjne mogą osiągać wybitnie niską temperaturę. Zjawisku konwekcji tego dnia sprzyjały także niski uskok wiatru (zmiana prędkości wiatru w atmosferze ziemskiej, często związana ze zmianą jego kierunku) i wysoka temperatura powierzchni morza.

Ważnym czynnikiem wspierającym aktywność konwekcyjną są zjawiska zwane Oscylacjami Maddena-Juliana (MJO). To największe i najbardziej dominujące źródło krótkoterminowej zmienności tropikalnej. Oscylacje mają postać przemieszczającej się na wschód fali burz, chmur, deszczu i silnego wiatru. Okrążają one całą planetę na równiku w ciągu około 30 do 60 dni.

Kiedy MJO dociera do pewnej części regionu tropikalnego, aktywność burzowa wzrasta. Połączenie tego zjawiska i obecności ciepłych wód morskich prowadzi do zwiększenia szans na rozwój bardzo niebezpiecznych pogodowych zjawisk.

Naukowcy wykazali, że w związku ze zmianami klimatu coraz wyższa temperatura wód oceanu może skutkować jeszcze większą częstotliwością występowania tak ekstremalnie wysokich chmur burzowych, których wierzchołki mogą mieć temperaturę niższą niż -100 stopni Celsjusza.

W przeciwieństwie do innych ekstremalnie niskich temperatur, które pojawiały się wcześniej w cyklonach tropikalnych, spadek temperatury do ponad -111 stopni Celsjusza to konsekwencja połączenia bardzo zimnej tropopauzy i aktywności konwekcyjnej. Instrument VIIRS jako jedyny z czujników satelitarnych, które wtedy obserwowały ten region świata, był w stanie zarejestrować taką temperaturę. Naukowcy są zdania, że kolejne sondy do badania zjawisk meteorologicznych także powinny być wyposażane w podobne czujniki, aby mieć szerszy pogląd na procesy zachodzące w chmurach konwekcyjnych.

Doktor Proud i jego zespół od lat obserwują, co dzieje się w chmurach podczas burz na Pacyfiku. Jak stwierdzono, w latach 2004-2020 zaczęło pojawiać się coraz więcej chmur o bardzo zimnych OT. Teraz naukowcy chcą ustalić, czy chmury mogą podlegać swoistym trendom temperatury oraz jak wpływają na nie zmiany w tropopauzie i rosnąca temperatura powierzchni morza.

Autor: kw/map / Źródło: severe-weather.eu, agupubs.onlinelibrary.wiley.com