Skydråbernes hemmelige liv

Klynger vanddråber sig inde i skyer? Forskere bekræfter to årtiers teori med et luftbåret billeddannelsesinstrument.

Som regndråber, der streger hen over vinduerne i din bil, mens du kører gennem et regnvejr, vanddråber i skyer bevæger sig i strømninger af luftstrømme - følger normalt luftstrømme uden at røre ved dem. Imidlertid, luften inde i skyerne har en tendens til at være turbulent, som enhver nervøs flyger kan vidne om, og hvirvlende turbulent luft får dråber til at klynge sig.

I 20 år, atmosfæriske forskere har formodet, at vanddråber faktisk klynger inde i skyer, stort set på grund af viden om, at turbulente luftstrømme er fulde af roterende hvirvler, der blander væsker godt. Men skyer hvirvler på så store skalaer, at tvivlen fortsatte, om turbulensen simuleret af en computer eller genereret i et laboratorium kunne oversættes til atmosfæren. Et team af atmosfæriske videnskabsforskere har taget instrumenter til selve atmosfæren, og har bekræftet, at vanddråber faktisk klynger sammen inde i skyer.

Artiklen, "Finskala dråbe-klynge i atmosfæriske skyer:3D-radial fordelingsfunktion fra luftbåren digital holografi, "blev offentliggjort i november i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve .

For at træffe denne afgørelse, forskerne tog deres eksperimenter til himlen, ved hjælp af et luftbåret holografisk instrument kendt som HOLODEC, kort for den holografiske detektor til skyer. Instrumentet er fastgjort under vingen af ​​Gulfstream-V High-performance Instrumented Airborne Platform for Environmental Research-fly, der drives af National Center for Atmospheric Research (NCAR) og National Science Foundation (NSF). HOLODEC ligner en klo, dens spidser kan optage tredimensionelle billeder for at fange formen, størrelse og rumlig position af alt, hvad der går imellem.

"Klyngesignalet, som vi observerede, er virkelig lille, som det ofte er tilfældet inden for videnskab, der skulle udføres en omhyggelig analyse for at opdage et lille signal og overbevise os selv om, at det var virkeligt, "sagde Raymond Shaw, professor i fysik og direktør for det atmosfæriske videnskabelige ph.d. -program.

Udvidet over himlen

Susanne Glienke, som var gæsteforsker ved Michigan Technological University fra Max-Planck Institute for Chemistry og Johannes Gutenberg-University i Mainz, Tyskland, gennemført dataindsamling og holografisk billedanalyse. Hun videregav derefter oplysningerne til Mike Larsen, lektor ved College of Charleston og Michigan Tech alumnus, der kiggede på, hvor tæt dråber klynger ved at beregne sandsynligheden for at finde to dråber med indbyrdes afstand i en bestemt afstand i forhold til sandsynligheden for at finde dem i samme afstand i en tilfældigt fordelt indstilling. Han bestemte, at dråbe-klynge blev mere udtalt ved mindre partikel-til-partikel-afstande.

"Hvis dråber klynger sig i skyerne, de er mere tilbøjelige til at støde sammen, "Sagde Glienke." Kollisioner øger den hastighed, hvormed dråber vokser, og kan derfor reducere den nødvendige tid, indtil nedbør begynder. "

Glienke bemærker, at kendskab til klynger forbedrer den generelle viden om skyer og kan føre til forbedringer i forudsigelsen af ​​skyernes adfærd:Hvornår regner det? Hvor længe vil skyerne vare?

Derudover bortset fra påvirkning af regn, klynger reducerer også skyens levetid. Hvis en sky forsvinder hurtigere, det har en mindre indflydelse på strålingsbudgettet - og påvirker det globale klima, hvis der er mange skyer involveret.

Forsøget krævede en lang kontinuerlig prøve, flyver flyet gennem stratocumulus sky -dæk i konstant højde.

"Vi var ikke sikre på, om vi ville være i stand til at registrere et signal, "Shaw sagde." Skyerne, vi prøvede, er svagt turbulente, men har den fordel, at de er spredt ud over hundredvis af kilometer, så vi kunne prøve og gennemsnit i lang tid. "

Marine skyer opfører sig anderledes end skyer over land. Kontinentale skyer har typisk mindre dråber, på grund af mere rigelige skykondensationskerner, som er nødvendige for at vand kan kondensere. Kontinentale skyer, som typisk er mere turbulente, er mere tilbøjelige til at have grupperede dråber.

Himlen er grænsen

Fordi skyerne undersøgt i undersøgelsen ikke var særlig turbulente, hvilket betød, at en tilfældig fordeling af dråber var mere sandsynlig, det gjorde tilstedeværelsen af ​​grupperede dråber endnu vigtigere.

”Vi var begejstrede og skeptiske på samme tid, da vi første gang så et signal komme fra de meget støjende data, "Shaw sagde." Det tog mange diskussioner og test for at blive overbevist om, at signalet var betydningsfuldt og ikke en instrumentel artefakt.

Shaw bemærker, at denne validering er vigtig for atmosfærisk videnskab, fordi det detekterede klyngesignal er i overensstemmelse med koncepter udviklet i løbet af de sidste to årtier, baseret på lab og teoretisk arbejde.

"I skyer med mere intens turbulens, klyngesignalet kunne være meget stærkere, og kunne påvirke den hastighed, hvormed skydråber kolliderer for at danne støvregn, "Sagde Shaw." Men præcis hvordan det sker, vil kræve mere arbejde. "

Forskningen viser, at der stadig er meget at lære om skyer og deres virkninger på planeten.