Прогнозы дождей станут точнее

Прогнозы дождей станут точнее

На протяжении десятилетий учёные пытались разгадать сложную и загадочную последовательность событий, которые позволяют крошечным капелькам в облаках вырасти достаточно большими, чтобы упасть на землю. Более глубокое понимание этого процесса имеет решающее значение для улучшения компьютерного моделирования погоды и климата, что, в свою очередь, приводит к более точным прогнозам.

Исследовательская группа, возглавляемая учёными из Национального центра атмосферных исследований Национального научного фонда США (NSF NCAR), обнаружила, что ключевую роль в росте капель и инициировании дождя играют турбулентные движения воздуха в облаках. Исследователи применили передовое компьютерное моделирование для детальных наблюдений за каплями в кучевых облаках, которые были сделаны во время полевой кампании НАСА. Это позволило им отследить воздействие турбулентности на зародышевые капли, которые в конечном итоге объединяются в капли дождя. В результате выяснилось, что турбулентное воздействие на слияние капель имеет решающее значение для изменения размеров капель и инициирования дождя. Турбулентность в кучевых облаках существенно ускоряет выпадение осадков и приводит к гораздо большему их количеству.

Исследователи обнаружили, что при компьютерном моделировании с турбулентностью дождь образуется примерно на 20 минут раньше, чем при компьютерном моделировании без турбулентности. При моделировании, включавшем турбулентность, масса дождевой воды была более чем в 7 раз больше. Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Напомним, что процесс образования дождя начинается, когда маленькие капельки воды в облаках конденсируются вокруг микроскопических частиц пыли, соли или других материалов, которые называются ядрами конденсации облаков. Когда миллионы капель сталкиваются друг с другом, они объединяются в более крупные капли, которые в конечном итоге становятся достаточно тяжёлыми, чтобы выпасть из облака. Образование дождевых капель может варьироваться в зависимости от различных условий, таких как распределение капель в облаке разного размера, а также от других факторов, таких как турбулентные движения и свойства частиц в облаке.

Правильное представление этого процесса в компьютерных моделях погодных явлений и климатической системы имеет жизненно важное значение для повышения надёжности этих моделей. Слияние капель воды важно не только для точного прогнозирования осадков, но и для лучшего понимания эволюции облаков и степени, в которой они отражают тепло обратно в космос, тем самым влияя на температуру.

Чтобы выяснить причину выпадения осадков, учёные обратились к наблюдениям за распределением капель по размерам, которые были сделаны исследовательским самолётом, летевшим в кучево-дождевых облаках во время полевой кампании НАСА 2019 года. Используя специализированную компьютерную модель, исследовательская группа разработала серию симуляций с высоким разрешением, чтобы воссоздать облачные условия, которые наблюдались во время кампании, и увидеть, как капли сливались при различных турбулентных потоках.

Результаты моделирования продемонстрировали ключевую роль турбулентности как в определении времени начала, так и в количестве осадков. Они также показали, что наличие крупных ядер конденсации, которое было в центре внимания некоторых теорий образования дождя, не может объяснить наблюдаемые размеры и эволюцию капель. В моделировании с большими ядрами конденсации и малой турбулентностью слияние капель происходило медленнее и приводило к меньшему количеству осадков.

Образование осадков имеет фундаментальное значение для облаков, погоды и всей климатической системы. Лучшее понимание этого процесса может указать путь к значительным улучшениям в компьютерных моделях и, в конечном счёте, в прогнозах погоды и климата, которые помогут защитить общество.

Перейти к источнику цитирования

Вернуться в новостную ленту

Shore Processes and their Palaeoenvironmental Applications, Volume 4 (Developments in Marine Geology)
The last five years have been marked by rapid technological and analytical developments in the study of shore processes and in the comprehension of ...

Ecological Risk Assessment
The definitive reference in its field, «Ecological Risk Assessment», Second Edition details the latest advances in science and practice. In the ...

Открытия и судьбы
Сегодня человечество вступает в мир ноосферных идей, где вешки ещё полвека назад ...