Понимание того, как меняется погода и климат, является одной из самых важных задач современной науки. В новом теоретическом исследовании доцента Яна Хартера из Института Нильса Бора Копенгагенского университета представлен новый механизм самоагрегации грозовых облаков - явление, при котором грозовые тучи собираются в плотные скопления. Исследователь использовал методы из науки о сложности и применил их к ранее установленным исследованиям в области метеорологии поведения грозовых облаков. Исследование опубликовано в Geophysical Research Letters.
Жизнь и смерть грозового облака
Когда солнце нагревает поверхность океана, теплый влажный воздух поднимается с поверхности океана, образуя высокие столбчатые грозовые облака, высота которых достигает примерно 12 км, а диаметр обычно составляет всего несколько километров. Поскольку эти облака производят дождь, часть его испаряется и охлаждает локальную область под облаком. Тем самым прекращается первоначальная циркуляция воздуха, формирующего облако, и облако рассеивается. Если бы все было так просто, это должно было бы стать концом грозового облака. Однако плотный воздух под облаком должен уравновешиваться окружающим его менее плотным воздухом: «Холодный воздух более плотный и распространяется от облака. Формируются фронты порывов, которые могут столкнуться с фронтами порывов от других облаков. воздух поднимается вверх, и образуются новые облака. Это означает, что области, где облаков достаточно много, с большей вероятностью образуют дополнительные облака», - объясняет Ян Хартер (Иллюстрация 1).«Области с меньшим количеством облаков демонстрируют дальнейшее уменьшение облаков. Поскольку энергия должна поступать в систему, а поскольку энергия исходит от солнечного света, существует предел тому, насколько большими могут расти облачные глыбы, поэтому мы вводим ограничение в нашу модель. В результате формируются скопления облаков, между которыми находятся безоблачные области. Это также видно при наблюдениях за тропическим океаном».
Сочетание теории с явлениями реального мира
Построение моделей является чисто теоретическим, но все же позволяет объяснить явление. «Это теоретический аргумент, предложение механизма, который теперь можно проверить. Скопление грозовых облаков наблюдалось в реальном мире, но до сих пор не имеет научного объяснения. Если мы сравним два крайних случая, когда создается одно облако, в конце концов он отключается. Тогда статистическая механика говорит, что конвективная самоагрегация не произойдет. Сравнивая это с другой моделью, в которой два облака создают другое, агрегация может иметь место. Это в основном то, что может сделать теоретическая модель». Ян Хартер продолжает: «Этот тип самоорганизации чрезвычайно интересен и может встречаться в целом ряде систем от биологии до магнетизма».
Готовимся к разрушительной силе погоды
Тропическая метеорология из-за сильного взаимодействия облаков с солнечным излучением имеет отношение к изменению климата. Больше кластеризации в будущем климате может повлиять на то, насколько сильно прогреется океан по сравнению с сегодняшней скоростью. Прогнозирование скопления грозовых облаков также может повлиять на погоду в Дании, а относительно недавние события в Дании, связанные с внезапными внезапными наводнениями, затоплением канализационных коллекторов и подвалов, а также повреждением инфраструктуры, вызвали вопросы о происхождении таких внезапных наводнений. Более глубокое понимание того, как взаимодействуют облака, могло бы пролить новый свет на возникновение таких наводнений.