Kapal yang lebih bersih, Bumi yang lebih panas: sentuhan iklim yang tidak terduga

Pengurangan dramatis dalam polusi sulfur dari pengiriman secara tidak sengaja berkontribusi pada pemanasan global baru-baru ini, menawarkan eksperimen dunia nyata di awan laut yang mencerahkan-salah satu ide geoengineering terkemuka.

Peraturan pengiriman 2020 memotong emisi sulfat, meningkatkan kualitas udara tetapi juga mengurangi reflektivitas awan, memungkinkan lebih banyak panas mencapai lautan. Para ilmuwan berjuang untuk mengukur dampak pemanasan yang tepat karena variabilitas cloud, tetapi dengan menerapkan AI, NOAA Para peneliti berhasil mengidentifikasi efek pemanasan sederhana dari lebih sedikit awan yang diinduksi kapal.

Dampak polusi dan iklim belerang

Upaya global untuk mengurangi polusi sulfur dari pengiriman secara tidak sengaja berkontribusi pada pemanasan baru -baru ini di Bumi, menawarkan wawasan baru tentang kompleksitas menilai strategi geoengineering matahari, seperti pencerahan awan laut.

Pada tahun 2020, Organisasi Maritim Internasional (IMO) menerapkan peraturan ketat untuk tingkat sulfur yang lebih rendah dalam bahan bakar kapal. Perubahan ini bertujuan untuk mengurangi emisi aerosol sulfat dan sulfur dioksida – polutan yang terkait dengan masalah kesehatan serius seperti asma, kanker paru -paru, dan penyakit kardiovaskular – dan untuk meningkatkan kualitas udara di daerah pesisir dan pelabuhan.

Sementara bahan bakar yang lebih bersih telah meningkatkan kualitas udara, mereka juga telah mengurangi reflektifitas awan laut tingkat rendah. Sebelumnya, partikel aerosol dari knalpot kapal mencerahkan awan -awan ini, meningkatkan kemampuan mereka untuk memantulkan sinar matahari dan mendinginkan laut di bawah. Dengan lebih sedikit polusi sulfur, efek pendinginan ini telah berkurang, memungkinkan lebih banyak sinar matahari untuk menghangatkan permukaan laut.

Tantangan mengukur pengaruh awan

Segera, pengamat memperhatikan penurunan “trek kapal,” awan -awan linier yang berbeda, putih cerah yang terbentuk di jalur kapal besar, memungkinkan lebih banyak sinar matahari memanaskan permukaan laut. Tetapi mengukur efek pemanasan dari peningkatan sinar matahari di permukaan laut menggunakan model iklim konvensional telah terbukti menantang karena mereka tidak bisa mewakili awan dengan cukup baik.

“Awan adalah salah satu fenomena alam yang paling sesaat, berubah sepanjang waktu saat mereka melayang di langit,” kata Graham Feingold, seorang pemimpin program di Laboratorium Ilmu Kimia NOAA dan rekan penulis penelitian ini. “Bagaimana Anda merancang eksperimen untuk memahami dampaknya pada suhu permukaan bumi di bawah ini?”

Memanfaatkan AI untuk memahami perubahan awan

NOAA Ilmuwan mencoba pendekatan baru yang memanfaatkan kemampuan pengenalan pola yang kuat dari kecerdasan buatan (Ai) dan Pembelajaran Mesin Untuk menangkap dan mereproduksi proses fisik dan kimia yang kompleks yang mengontrol pembentukan awan dan membuka kedok dampak iklim sejati yang pernah dimiliki oleh awan-awan yang diinduksi oleh sinar matahari.

Dalam sebuah studi baru yang diterbitkan di Alam jurnal Komunikasi Bumi & Lingkunganpara peneliti melaporkan efek pemanasan global sederhana yang disebabkan oleh pengurangan awan trek kapal reflektif di atas jalur pengiriman yang sangat digunakan di Pasifik timur laut dan tenggara dan Atlantik tenggara di lepas pantai Afrika.

Perkiraan ini sejalan dengan beberapa studi yang baru-baru ini diterbitkan yang menunjukkan pengurangan yang lebih luas dalam reflektifitas cloud sebagai kemungkinan penyebab dari catatan suhu rata-rata global pada tahun 2023. Penelitian itu mengidentifikasi penurunan awan ketinggian rendah di lata tengah utara dan tropis, khususnya 2.

Studi saat ini khusus untuk kontribusi industri pengiriman untuk pengurangan kecerahan cloud stratocumulus.

“Seberapa besar peraturan IMO2020 yang berkontribusi terhadap pemanasan ini dibandingkan dengan faktor-faktor lain, seperti pengurangan partikel dari sumber lain, atau pengurangan yang disebabkan oleh pemanasan global di awan rendah, tetap tidak pasti,” kata Jianhao Zhang, penulis utama penelitian. Zhang adalah ilmuwan riset dengan Cires University of Colorado Boulder di NOAA CSL.

AI sebagai alat untuk deteksi sinyal iklim

Yang penting tentang penelitian ini, Zhang dan rekan penulisnya mengatakan, adalah keberhasilan AI dalam menggoda sinyal yang kuat dari data iklim yang sangat berisik dan sangat bervariasi.

Jalur kapal adalah produk dari aerosol sulfat yang berinteraksi dengan awan laut tingkat rendah. Aerosol ini bertindak sebagai “biji” awan yang efisien (atau inti kondensasi awan), meningkatkan situs yang tersedia di mana tetesan awan dapat membentuk dan meningkatkan reflektifitas awan di sepanjang jalur kapal. Ini adalah mekanisme yang sama yang mendasari konsep pencerahan awan laut – pendekatan intervensi iklim yang mengusulkan untuk meningkatkan reflektifitas awan laut dengan menyemprotkan aerosol garam laut ke atmosfer alih -alih partikel sulfat. Untuk alasan ini, trek kapal dipelajari sebagai analog langsung ke MCB.

Mensimulasikan dunia tanpa peraturan 2020

Untuk memperkirakan efek pendinginan yang dulu dimiliki trek kapal ini, sebuah ansambel jaringan saraf dilatih dengan beberapa tahun pengamatan cloud global dari satelit yang dikumpulkan sebelum 2020 di atas tiga koridor pengiriman utama di lautan Pasifik dan Atlantik di mana jalur kapal adalah yang paling umum. Jaringan saraf kemudian ditugaskan untuk mensimulasikan catatan pengamatan di luar tahun 2020 seolah -olah peraturan IMO2020 tidak pernah terjadi, menghasilkan skenario “bisnis seperti biasa”.

Membandingkan dataset “bisnis seperti biasa” yang dihasilkan AI dengan pengamatan cloud pasca-2020 nyata secara efektif menghapus latar belakang variabilitas alami dari data, mengungkapkan sinyal perubahan, kata Zhang.

Data Jangka Panjang: Kunci Kejelasan

Bagian yang paling kritis dari analisis ini adalah catatan data selama bertahun-tahun dari sifat cloud yang digunakan untuk pelatihan dan dataset perbandingan, dikumpulkan sebelum dan sesudah 2020 oleh MODIS (spektroradiometer pencitraan resolusi sedang) dan Ceres (awan dan sistem energi radiasi bumi), keduanya di atas kapal di atas NASASatelit Terra dan Aqua. Tanpa catatan data yang panjang ini, AI tidak akan dapat membedakan antara awan yang diinduksi kapal dan variabilitas awan alami.

Singkatnya, kata Zhang, perubahan reflektifitas awan apakah disengaja atau karena perubahan iklim akan sulit dideteksi di atas variabilitas alami, temuan yang memiliki implikasi langsung untuk mengevaluasi potensi pencerahan awan laut.

Penelitian NOAA tentang intervensi iklim

NOAA saat ini sedang melakukan pemodelan lanjutan, laboratorium, dan studi observasional dari stratosfer dan lapisan batas kelautan untuk membantu mengisi kesenjangan penting dalam pemahaman sains tentang sistem iklim, termasuk penelitian tentang cara mengevaluasi teknik geoengineering surya secara efektif, termasuk pencerahan awan laut. NOAA tidak menguji lapangan atau menggunakan metode atau teknik modifikasi radiasi matahari.

“Setiap uji luar ruang awan laut akan menghadapi tantangan nyata dari deteksi,” tambah Feingold. “Ini mungkin memerlukan tes yang jauh lebih ambisius, dalam hal ukuran atau skala waktu, daripada yang secara umum dipertimbangkan untuk menunjukkan apakah itu layak atau tidak.”

Referensi: “Paksaan Radiatif dari Peraturan Bahan Bakar Pengiriman 2020 besar tetapi sulit dideteksi” oleh Jianhao Zhang, Yao-Sheng Chen, Edward Gryspeerdt, Takanobu Yamaguchi dan Graham Feingold, 13 Januari 2025, Komunikasi Bumi & Lingkungan.
Doi: 10.1038/s43247-024-01911-9