Многоугольники широко распространены в природе: высыхающий ил может растрескиваться на многогранные блоки, а пчелы формируют соты на правильные шестигранные ячейки. Шестиугольники также появляются в широких пластах облаков в некоторых частях океанов Земли, и теперь группа исследователей использовала сетевой подход, чтобы проанализировать, почему. Их работа обещает помочь ученым найти более точные описания облаков в компьютерных моделях погоды и изменения климата.
Большие пласты слоисто-кучевых облаков самоорганизуются в сотовидные узоры.«Эти типы облаков охлаждают планету, отражая солнечное излучение, но их описание в климатических моделях все еще довольно грубое», - сказала ведущий автор Франциска Глассмайер. Она обнаружила, что может использовать относительно простую математическую модель для воссоздания узоров облаков, которые в природе формируются в результате сложного взаимодействия физических процессов.
Новая статья, написанная в соавторстве с ученым NOAA и научным сотрудником CIRES Грэмом Фейнгольдом, опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Работа была частично поддержана Программой инновационных исследований CIRES.
После первых спутниковых снимков в начале 60-х годов ученые признали, что слоисто-кучевые облака - коврообразные низкие облака, часто покрывающие большие участки субтропического океана - выглядят как несовершенные соты. Иногда клетки бывают «закрытыми», с мутными участками в ячейках, окруженными безоблачными кольцами; иногда они бывают «открытыми», с безоблачными ячейками, окруженными мутными кольцами. Паттерн постоянно меняется по мере того, как клетки появляются, исчезают и перестраиваются.
Исследователи провели очень детальное моделирование облаков, чтобы зафиксировать точные движения воздуха, которые создают эти узоры: в целом, когда воздух движется вверх, он создает облачные области, а там, где он опускается, образуются области без облаков. Затем они применили математический метод, называемый тесселяцией Вороного, чтобы преобразовать движение воздуха в сеть многоугольных плиток. Простая математическая модель, разработанная Глассмайером и Фейнгольдом, воссоздает эту закономерность. «Это похоже на создание динамической мозаики с определенными правилами, которые позволяют снова и снова заменять разные участки новым набором плиток», - объясняет Глассмайер. Их модель предлагает фундаментальное объяснение структуры и динамики потрясающих слоев слоисто-кучевых облаков.
И, что еще более важно, метод сетевого анализа может помочь создать более точные облака в компьютерных моделях. «Облака по-прежнему представляют значительную неопределенность в наших климатических прогнозах», - сказал Фейнгольд.«Мы надеемся, что этот новый подход к сотовой сети приведет к новым взглядам на проблему параметризации облака».