Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Natur

Spektral udvidelse i skyer påvirkes af turbulens

Lavvandede cumulusskyer. Foto taget på York University Campus i Toronto, Canada. Kredit:Haiyang Gao

Varm regn tegner sig for 31 procent af den samlede regnmængde og 72 procent af det samlede regnområde i troperne. At forstå initiering af varm regn og udvidelse af skydråbestørrelsesfordeling er en af ​​skyfysikkens største udfordringer på grund af komplicerede virkninger af turbulens på skyens mikrofysik.

I et blad udgivet i Atmosfæriske og oceaniske videnskabsbreve , Prof. Chunsong Lu (Nanjing University of Information Science &Technology) og medforfattere gennemgår de seneste fremskridt med hensyn til turbulent udvidelse af skydråbestørrelsesfordelinger og initiering af varm regn.

"Kinesiske videnskabsmænd har gjort et vidunderligt stykke arbejde med dette emne lige siden 1950'erne, " siger Prof. Lu. Det arbejde Prof. Han beskriver i papiret omfatter observationer på stedet af turbulente udsving i skyer over Hengshan-bjerget (27,25°N, 112,86°E) i Hunan-provinsen og Taishan-bjerget (36,18°N, 117,13°E) i Shandong-provinsen omkring 1960. Også, ud over observationsstudier, videnskabsmænd har teoretisk udledte ligninger, der kan bruges til at studere virkningerne af fluktuationer på spektral udvidelse, inklusive fluktuationer af overmætning, tal koncentration, indhold af flydende vand, lodret hastighed og eksistensen af ​​cellestrukturer. Ved at relatere spektral udvidelse til forskellige turbulente udsving, Kinesiske og russiske videnskabsmænd var de første til at introducere ideen om stokastisk kondensation i skyfysik - et emne, der siden er blevet bredt studeret over hele verden. Mange undersøgelser har konkluderet, at stokastisk kondensation i et turbulent miljø bidrager til spektral udvidelse, mens modsatte effekter er blevet fundet hos andre. I modsætning, der er større konsensus om, at turbulente udsving spiller væsentlige roller i kollisions-sammensmeltningsprocessen.

Udover turbulente udsving, turbulens forårsager også indtrængning af tør luft i skyer, og entrainment-blanding påvirker skyens mikrofysik. Adskillige typer af turbulente medrivnings-blandingsmekanismer er gennemgået i papiret, såsom homogen/inhomogen entrainment-blanding, entity-type medrivnings-blanding, og vertikal cirkulationsblanding. Den mest undersøgte mekanisme er homogen/inhomogen blanding.

"Interessant nok, turbulente fluktuationer og entrainment-blanding er hovedsageligt blevet undersøgt separat, indtil en systemteori blev udviklet i 1990'erne, " siger prof. Lu. Denne teori giver en teoretisk ramme til at forklare formerne af skydråbestørrelsesfordelinger. Den forudsiger, at den mest sandsynlige størrelsesfordeling er Weibull-fordelingen, som nærmer sig deltafordelingen - den mindst sandsynlige fordeling - hvis turbulente udsving aftager.