Veelhoeken zijn wijdverbreid in de natuur:opdrogende modder kan barsten in veelzijdige blokken, en bijen vormen honingraat tot regelmatig, zeszijdige cellen. Zeshoeken verschijnen ook in brede wolkenlagen over delen van de oceanen van de aarde, en nu heeft een team van onderzoekers een netwerkbenadering gebruikt om te analyseren waarom. Hun werk belooft wetenschappers te helpen nauwkeurigere beschrijvingen van wolken te vinden in computermodellen van weer en klimaatverandering.

Grote dekken van stratocumuluswolken organiseren zichzelf in honingraatachtige patronen. "Dit soort wolken koelt de planeet af door zonnestraling te reflecteren, maar hun beschrijving in klimaatmodellen is nog vrij grof", zei hoofdauteur Franziska Glassmeier. Ze ontdekte dat ze een relatief eenvoudig wiskundig model kon gebruiken om de wolkenpatronen opnieuw te creëren, die in de natuur worden gevormd door een complex samenspel van fysieke processen.

Het nieuwe papier, co-auteur van NOAA-wetenschapper en CIRES Fellow Graham Feingold, wordt vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences . Het werk werd gedeeltelijk ondersteund door het CIRES Innovative Research Program.

Sinds de eerste satellietbeelden in de vroege jaren 60, wetenschappers hebben ingezien dat stratocumuluswolken – tapijtachtige, lage wolken die vaak over grote delen van subtropische oceanen gedrapeerd zijn, zien eruit als onvolmaakte honingraten. Soms zijn de cellen "gesloten, " met bewolkte gebieden in de cellen omgeven door wolkenvrije ringen; en soms zijn ze "open, " met wolkenvrije cellen omgeven door troebele ringen. Het patroon verandert voortdurend naarmate cellen tevoorschijn komen, verdwijnen, en herschikken.

De onderzoekers voerden zeer gedetailleerde simulaties van wolken uit om de precieze luchtbewegingen vast te leggen die deze patronen creëren:in het algemeen, waar lucht omhoog beweegt, creëert het bewolkte gebieden, en waar het neerdaalt, wolkenvrije regio's ontstaan. Vervolgens pasten ze een wiskundige techniek toe, Voronoi-tessellation genaamd, om luchtbewegingen om te zetten in een netwerk van veelhoekige tegels. Het eenvoudige wiskundige model ontwikkeld door Glassmeier en Feingold herschept dit patroon. "Het is alsof je een dynamisch mozaïek maakt met specifieke regels die het mogelijk maken om verschillende patches steeds opnieuw te vervangen door een nieuwe set tegels", Glasmeier legt uit. Hun model biedt een fundamentele verklaring voor de structuur en dynamiek van verbluffende stratocumuluswolkendekken.

En misschien nog belangrijker, de netwerkanalysetechniek kan helpen om nauwkeuriger wolken te produceren in computermodellen. "Wolken vertegenwoordigen nog steeds een aanzienlijke onzekerheid in onze klimaatprojecties", zei Feingold. "Onze hoop is dat deze nieuwe benadering van het cellulaire netwerk zal leiden tot nieuwe manieren om naar het probleem van cloudparameterisatie te kijken".