Um novo estudo conjunto internacional fornece provas fundamentais para um debate científico de longa data sobre o clima e a atmosfera. Uma equipa internacional de cientistas da China, dos Estados Unidos e de Israel descobriu que a supersaturação de vapor de água em nuvens convectivas tropicais profundas excede em muito os registos anteriores de observação humana. Esta descoberta confirma uma hipótese anteriormente proposta pela comunidade científica, ou seja, dadas as condições atmosféricas adequadas, pequenas partículas de aerossol têm o potencial de “catalisar” e aumentar as nuvens de tempestades tropicais.
Os cientistas do clima debatem há muito tempo se pequenas partículas de aerossol realmente tornam as nuvens tropicais mais poderosas. A evolução das nuvens convectivas profundas molda diretamente a precipitação global, os relâmpagos e os padrões climáticos, enquanto as minúsculas partículas no centro das gotículas das nuvens alteram os mecanismos físicos dentro das nuvens de maneiras sutis. A comunidade científica propôs um mecanismo teórico denominado "excitação por convecção de aerossol condensado". Este mecanismo acredita que quando o vapor de água dentro da nuvem atinge um estado de "supersaturação" extremamente alto (ou seja, o conteúdo de vapor de água no ar excede em muito o conteúdo no estado de equilíbrio normal), a introdução de partículas de aerossol catalisará a produção de um grande número de gotículas de nuvem adicionais, acelerando assim a condensação e liberando mais calor latente, fazendo com que a corrente ascendente dentro da nuvem convectiva se fortaleça acentuadamente.
No entanto, antes disso, porque as observações aéreas anteriores estavam principalmente concentradas em nuvens com poluição pesada e nuvens quentes e rasas, ou os locais de amostragem estavam abaixo de áreas de convecção profunda, onde a precipitação e as gotículas de nuvens se fundem muito rapidamente, o que pode facilmente enfraquecer o acúmulo de supersaturação, então os dados medidos por aeronaves anteriores raramente capturavam o alto nível de supersaturação em estado quase estacionário necessário para apoiar esta teoria.
Para resolver este mistério, a equipe de pesquisa conduziu uma análise aprofundada dos dados de observação de aeronaves do "Experimento de Processo de Nuvens, Aerossóis e Monções" realizado pela NASA nas Filipinas e nos oceanos tropicais circundantes em 2019. Eles usaram a velocidade de corrente ascendente medida e a distribuição do tamanho das gotículas de nuvens para derivar a supersaturação do estado quase estacionário. Esta abordagem inovadora capta perfeitamente o equilíbrio dinâmico entre a ascensão do ar que produz vapor de água e a condensação do vapor de água em gotículas de nuvens.
Os resultados mostram que a supersaturação que pode ser alcançada em nuvens convectivas tropicais é muito maior do que a registrada anteriormente por observações semelhantes. Os dados mostram que a supersaturação calculada em estado quase estacionário aumenta com o aumento da altitude, atingindo cerca de 10% na área em torno de 5 graus Celsius negativos, onde a camada de nuvens ainda é dominada por gotículas de água super-resfriadas. Em áreas com temperaturas mais frias, as estimativas de supersaturação continuam a aumentar. Ao mesmo tempo, outro estudo independente paralelo sobre o projecto de observação aérea "ESCAPE" nas zonas costeiras do Texas e da Louisiana também confirmou esta conclusão. Este estudo também encontrou supersaturação rara, mas extrema, em estado quase estacionário de até 11% em correntes ascendentes convectivas profundas. Juntos, estes dois estudos independentes demonstram conclusivamente que existem níveis extremamente elevados de supersaturação de vapor de água nos ambientes de nuvens que os cientistas esperavam.
Os pesquisadores notaram que a supersaturação mais significativa tende a ocorrer quando fortes correntes ascendentes são combinadas com baixas concentrações de gotículas de nuvens. À medida que a concentração de gotículas de nuvem aumenta, a área superficial total das gotículas de nuvem se expande, reduzindo assim a supersaturação por meio de condensação acelerada, o que é completamente consistente com as leis da física.
Embora estas observações ainda não possam ser deduzidas e provadas diretamente que os aerossóis melhoram estas nuvens, elas estabelecem uma pedra angular extremamente crítica: o "combustível atmosférico" necessário para a excitação do aerossol condensado existe em nuvens convectivas tropicais reais. Em um ambiente de alta supersaturação, se forem adicionadas partículas finas ou ultrafinas de aerossol, elas se condensarão facilmente em novas gotículas de nuvem e liberarão calor latente adicional. Estudos anteriores não conseguiram descobrir este mecanismo principalmente porque não encontraram o alvo certo. Se quisermos realmente descobrir o mistério deste mecanismo, a futura exploração científica deve concentrar-se em nuvens convectivas oceânicas profundas e limpas, e comparar ainda mais as diferenças entre nuvens convectivas tropicais em ambientes limpos e poluídos em missões de aviação subsequentes, de modo a, em última análise, melhorar a compreensão física da humanidade sobre o impacto dos aerossóis nas chuvas fortes, nos relâmpagos e nas previsões climáticas globais.