Bukan berita bahwa Bumi telah memanas dengan cepat selama 100 tahun terakhir ketika gas rumah kaca menumpuk di atmosfer. Tetapi tidak semua pemanasan terjadi dengan sangat cepat di mana-mana. Suhu di Kutub Utara, misalnya, naik jauh lebih cepat daripada planet lainnya. Patrick Taylor, seorang ilmuwan atmosfer di Pusat Penelitian Langley NASA di Hampton, Virginia, mengatakan bahwa salah satu faktor utama pemanasan cepat Kutub Utara adalah bagaimana awan berinteraksi dengan air laut beku, yang dikenal sebagai es laut.

Interaksi ini mempengaruhi umpan balik albedo di Arktik, yang merupakan istilah yang digunakan para ilmuwan untuk menggambarkan perubahan jumlah energi matahari yang diserap oleh Bumi karena perubahan dalam albedo bumi yang disebabkan oleh peningkatan gas rumah kaca. Albedo bumi pada dasarnya adalah sebagian kecil dari sinar matahari yang dipantulkannya. Memahami apa yang mempengaruhi Albedo Arktik sangat penting, karena salju dan esnya yang cerah menjadikannya salah satu daerah dengan kapasitas tertinggi untuk memantulkan energi matahari.

Pengamatan Taylor sebagian dimungkinkan berkat teknologi baru seperti misi CALIPSO dan CloudSat dari NASA dan produk data yang ditingkatkan menyatukan bersama instrumen unik ini, yang telah mengorbit planet ini sejak 2006 untuk memberikan pengukuran awan yang lebih akurat.

“Kemampuan unik instrumen CALIPSO dan CloudSat untuk memberikan pengetahuan yang sangat akurat tentang distribusi vertikal awan sangat penting untuk penelitian ini,” kata Taylor.

Gagasan sebelumnya tentang Kutub Utara adalah bahwa pemanasannya kemungkinan akan dilindungi – atau diperlambat – selama musim panas oleh awan, dan Taylor menjelaskan mengapa masuk akal untuk berpikir bahwa itu akan terjadi di musim panas. Musim panas Arktik berarti lebih banyak sinar matahari untuk melelehkan es laut, yang secara historis telah mencakup wilayah laut yang luas. Lebih sedikit es laut menghasilkan lautan menyerap lebih banyak energi matahari, menyebabkannya menjadi hangat, tetapi kemudian juga memungkinkan lebih banyak air menguap ke atmosfer. Dan karena tetesan air dan partikel es kecil membentuk awan, peningkatan uap air dapat menghasilkan langit yang lebih cerah yang kemudian dapat memantulkan sinar matahari.

“Jika awan meningkat di musim panas, itu akan memperlambat laju pencairan,” kata Taylor. “Itu telah menjadi pemikiran selama bertahun-tahun.”

Namun, Taylor telah menemukan bahwa peran awan dan es laut untuk perubahan iklim Arktik mungkin lebih kompleks daripada yang diduga sebelumnya. Menggunakan pengamatan satelit CALIPSO-CloudSAT yang mencakup dari 2006 hingga 2010, ia menunjukkan bahwa konsentrasi awan berbeda antara es laut dan es laut jauh lebih sedikit daripada yang diperkirakan sebelumnya di musim panas..

“Tidak ada respons awan di musim panas terhadap pencairan es laut, yang berarti ada kemungkinan awan tidak memperlambat perubahan iklim Arktik yang terjadi — awan tidak benar-benar memberikan umpan balik stabilisasi yang diharapkan,” kata Taylor. “Fakta bahwa Anda mencairkan es laut dan mengungkap lebih banyak samudera dan fakta bahwa awan tidak bertambah selama musim panas berarti mereka tidak menahan atau mengurangi laju pemanasan, yang menyiratkan bahwa Arktik bisa menghangat lebih cepat daripada yang disarankan oleh model iklim. ”

Awan adalah pedang bermata dua dalam hal perubahan iklim. Mereka memiliki efek pendinginan dan pemanasan tidak hanya di Kutub Utara tetapi di seluruh planet ini. Pada siang hari, awan putih dan cerah memantulkan sebagian sinar matahari yang menghantam planet kembali ke angkasa. Namun pada malam hari, mereka bertindak sebagai selimut yang tidak sepenuhnya memungkinkan panas yang terakumulasi di siang hari keluar ke ruang angkasa.

“Jika Anda berpikir tentang malam musim dingin, biasanya yang terdingin kita memiliki langit cerah,” kata Taylor. “Tapi jika kamu memiliki malam musim dingin yang benar-benar memiliki awan, itu cenderung sedikit lebih hangat.”

Di Kutub Utara, efek pemanasan awan ini dapat memengaruhi es laut selama musim gugur dan musim dingin, ketika matahari menghilang selama berbulan-bulan dan langit yang lebih gelap menutupi samudera dan daratan yang menghabiskan seluruh musim panas menyerap sinar matahari. Meskipun penelitian lebih lanjut perlu dilakukan, Taylor mengatakan bahwa peningkatan awan yang ia amati pada musim gugur dapat memperlambat proses penapisan kembali es laut selama musim dingin. Refreezing lambat bisa diterjemahkan menjadi musim panas dengan es laut yang lebih sedikit dan lebih tipis – sesuatu yang sudah terdeteksi oleh satelit NASA .

“Itulah yang menyiratkan hasil saya,” kata Taylor. “Lebih banyak awan di musim gugur dapat menunda atau memperlambat penapisan kembali es laut, dan itu dapat menyebabkan lapisan es yang lebih tipis atau lebih rentan yang akan meleleh lebih cepat ketika musim semi dan musim panas tiba.”

Taylor juga mengatakan satu hal yang menjadi lebih jelas, sebagian berkat penelitiannya, adalah bahwa es laut tidak mengendalikan perilaku awan di Kutub Utara seperti yang diperkirakan sebelumnya. Studinya menunjukkan bahwa berbagai kondisi meteorologi seperti suhu, kelembaban, dan angin mungkin memengaruhi awan Arktik hampir 10 kali lipat dari es laut. Kondisi-kondisi ini, yang berkontribusi pada apa yang dikenal sebagai stabilitas atmosfer, mempengaruhi apakah awan membentuk dan tetap dekat dengan es laut atau permukaan laut. Taylor mengatakan stabilitas atmosfer yang tinggi membatasi banyak pertukaran energi antara permukaan dan atmosfer.

“Itu tampaknya menjadi alasan kami menemukan lebih banyak respons awan pada musim gugur tetapi tidak pada musim panas,” katanya. “Kami tahu pergi dalam meteorologi itu mungkin akan menjadi penting, tetapi kami terkejut itu sangat penting.”

Penelitian sebelumnya tentang es laut dan dinamika awan di Arktik mempelajari hubungan antara es dan awan laut rata-rata bulanan. Melihat pada bulan-bulan yang sama selama beberapa tahun, misalnya, mereka menganalisis apakah suatu daerah menunjukkan kenaikan atau penurunan awan mengingat konsentrasi es lautnya. Studi Taylor melibatkan pendekatan yang lebih rinci untuk mengumpulkan citra satelit dalam rentang waktu yang lebih pendek dan memilahnya berdasarkan apa yang disebutnya rezim kondisi atmosfer. Dengan kata lain, dia mengklasifikasikan gambar awan dan es laut di Kutub Utara tergantung pada apakah kondisi termasuk kelembaban, suhu, atau pola angin tertentu.

Taylor mengatakan desain penelitian ini sangat mirip dengan kegiatan penyortiran prasekolah, di mana para guru meminta anak-anak untuk menyortir balok berwarna ke dalam tempat sampah masing-masing.

“Ini benar-benar hanya cara penyortiran yang mewah,” katanya. “Perbedaannya adalah kita menggunakan keadaan atmosfer dan konsentrasi es laut – bukan warna – dan berkata, ‘awan ini ada di lingkungan ini, jadi ke tempat sampah mana?'”

Taylor sekarang mencoba untuk mencari tahu apa implikasi dari hasilnya pada anggaran energi Arktik dan suhu permukaan, yang merupakan faktor penting untuk dipertimbangkan ketika mensimulasikan masa depan es laut Kutub Utara.

“Kami menemukan beberapa perubahan awan di musim gugur dan beberapa tanggapan awan terhadap es laut, jadi pertanyaan selanjutnya adalah: Seberapa pentingkah mereka?” dia berkata.

“Pengukuran ini sangat berharga untuk studi awan Arktik karena untuk pertama kalinya kami tahu pasti berapa banyak awan yang ada di sana dan seberapa tinggi awan itu berada,” kata Taylor. “Kami sudah lama terbang dalam kegelapan untuk mengamati awan Arktik.”