– Det är fantastiskt vackert! Men här ser man också alla småskaliga detaljer i molnen som påverkar hur mycket solljus som kommer igenom, säger Annica Ekman, professor i meteorologi vid Stockholms universitet.

Annica Ekman visar en bild på sin dator. Den är tagen i Arktis, det stora hav- och landområdet närmast Nordpolen. Virvlande moln breder ut sig över den vita polarisen. Solen står lågt och i issprickor skymtar mörkt hav.

Som Wallenberg Scholar vill Annica Ekman ta reda på vilken effekt moln över jordens poler har på den globala uppvärmningen. För att göra det ska hon utveckla en ny matematisk modell som beskriver hur molnbildningen där går till.

Moln kan kyla eller värma

Moln har en stor betydelse för klimatet på jorden. De kan fungera kylande genom att hindra inkommande solljus, eller värmande genom att hålla kvar jordens värme. I vilken utsträckning molnen värmer eller kyler beror bland på annat deras form, höjd och vatteninnehåll.

I genomsnitt fungerar moln idag kylande på jordytan. När det gäller framtiden pekar dock de flesta av våra nuvarande klimatmodeller på att molnens kylande effekt kommer att minska i ett varmare klimat. Men det här är osäkert, inte minst när det gäller moln över polarområdena Arktis och Antarktis, konstaterar Annica Ekman.

– Vi vet relativt lite om moln i polära områden och de är för enkelt beskrivna i klimatmodellerna. En anledning till det är att molnbeskrivningarna bygger på mätdata från andra delar av världen.

Moln bildas genom komplexa processer där både småskaliga och storskaliga fenomen växelverkar. På den lilla skalan finns fysikaliska processer när vattenånga kondenserar och bildar molndroppar. Samtidigt påverkas molnens utveckling av storskaliga rörelser i atmosfären, som luftströmmar och temperaturvariationer. Alla de här processerna kan inte beskrivas direkt i klimatmodeller utan måste förenklas på olika sätt.

I brist på meteorologiska mätdata från Arktis och Antarktis har forskarna hittills gjort dessa förenklade beskrivningar utifrån data från andra klimatzoner, trots att miljöförhållandena i polarområdena är speciella och molnbildningen därmed annorlunda där.

På senare år har både svenska och utländska forskare gjort betydligt fler mätningar på plats i polarområdena. Det finns också satelliter som kretsar runt jorden och samlar in data som är viktig för moln och deras egenskaper. Nu är det läge att utnyttja all den informationen, konstaterar Annica Ekman.

Bygger bättre molnmodell

I sin forskning ska hon utveckla en ny numerisk modell som beskriver molnbildningen i Arktis och Antarktis mer detaljerat och direkt än tidigare. Här ska processer som annars brukar förbises tas med och de förenklingar som måste göras, göras bättre. För att jämföra modellen med verkligheten använder gruppen den data som numera finns om Arktis och Antarktis, från både mätningar och satellitobservationer.

– Här visar radarmätningar att det finns ett moln, som så småningom lyfter, och i simuleringen nedanför ser vi att vi fångar det i modellen också, säger Annica Ekman och visar resultat där gruppen har jämfört en tidig version av molnmodellen med data från radarmätningar.

Uppvärmningen i Arktis är dramatisk. Jag vill se om molnen spelar någon roll i det.

Den nya modellen ska bland annat innehålla en förbättrad beskrivning av så kallade aerosoler. Aerosoler är luftburna partiklar som behövs för att moln ska uppstå och de påverkar både hur många molndroppar som bildas och hur bra molnen reflekterar solens ljus. Modellen ska också ta hänsyn till molnens samverkan med havs- och isytan.

Forskargruppen ska särskilt titta på situationerna när varm luft kommer in i området eller kall luft går ut, eftersom mycket av molnbildningen i Arktis sker då. Med modellen kan de också undersöka hur molnen påverkas av faktorer som ändras i ett varmare klimat, som mängden partiklar i luften och storskaliga vindar.

Samlar olika kompetenser

Att koppla samman olika aspekter av molnbildning på det sätt Annica Ekman gör är ingen självklarhet. Traditionellt har meteorologer varit inriktade på storskalig dynamik och fysiker och kemister på små detaljer, medan ismodellerare har tittat på isen och oceanografer på havet. Men samarbete är vägen framåt, tror hon.

– Man kan inte isolera atmosfären eller havet från resten av omgivningen. Det är det som är så roligt med atmosfärsforskning, att många olika bitar spelar roll. Jag är också glad över att kunna anställa en vetenskaplig programmerare som arbetar med det tekniska kring modellen, det är en jätteviktig funktion.

Den typ av modell Annica Ekman arbetar med används vanligen för att studera processer i ett litet område, ungefär tio kilometer gånger tio kilometer. En viktig aspekt är nu att skala upp modellen utan att förlora viktig information. Gruppen siktar mot längdskalan i globala klimatmodeller; 100 kilometer gånger 100 kilometer.

– Nu finns det så pass mycket beräkningskapacitet att det bör fungera. Då kan vi jämföra de globala modellerna med vår detaljerade modell och testa om vi kan göra dem bättre, så att projektionerna för framtidens klimat blir säkrare, säger hon.

Text Sara Nilsson
Bild Magnus Bergström