Облака содержат непропорционально большое количество крупных и мелких капель воды, что метеорологи до сих пор не могли объяснить. Голландские исследователи теперь думают, что они обнаружили причину: в областях турбулентности воздуха есть спиральные узоры размером в несколько сантиметров, которые также могут объяснить, почему облака вызывают дождь. Таковы результаты расчетов исследовательской группы из Делфтского технологического университета (TUD) с использованием суперкомпьютера NWO CRAY C90 в Академическом вычислительном центре в Амстердаме (SARA). Проект финансировался Советом NWO по наукам о геосфере и биосфере.
Исследователи из Делфта подсчитали, как движутся и растут сотни тысяч капель воды, содержащихся примерно в одном литре облака. Во время этого процесса, казалось бы, образуются трубчатые вихри размером в несколько сантиметров, которые выталкивают капли наружу под действием центробежной силы, так что они собираются на краю. Чтобы дождь выпал в осадок, примерно одна капля из каждого миллиона должна приобрести диаметр больше 20 микрометров, что она и делает, сталкиваясь с другими каплями. Далее происходит цепная реакция. Предыдущие метеорологические расчеты не учитывали влияние мелкомасштабных областей турбулентности. Теоретически этот процесс должен занять более трех часов, прежде чем облака станут достаточно «созревшими», чтобы выпустить дождь, тогда как на самом деле это занимает всего полчаса или около того. Казалось бы, турбулентность заставляет маленькие капли сталкиваться чаще, чем ожидалось.
Кроме того, в центре каждой области турбулентности почти нет капель, так что воздух там остается чрезвычайно перенасыщенным. Это может означать, что воздух, находящийся выше примерно ста метров над нижней границей облака, также становится настолько перенасыщенным водяным паром, что образуются капли. Метеорологи до сих пор считали это невозможным.
Облако - это поднимающийся пузырь влажного воздуха, в котором температура падает в результате расширения. Это приводит к перенасыщению воздуха водой. Затем водяной пар конденсируется на частицах, таких как аэрозоли, радиусом менее микрометра. Такие частицы пыли присутствуют в изобилии. То, сколько мелких капель образуется, зависит от уровня перенасыщения воздуха.
Понимание того, как образуются капли воды, важно не только для предсказания погоды, но и для понимания химических реакций в атмосфере, поглощения и отражения солнечной радиации. На самом деле эти процессы часто происходят внутри или на краю капель воды.