Chat langer dan een paar minuten met een atmosferische wetenschapper, en het is waarschijnlijk dat ze zullen gaan pleiten voor een planetaire naamsverandering. Planet Ocean-Cloud is veel passender dan de aarde, ze zullen zeggen, wanneer zoveel van de levenssystemen van onze planeet worden beïnvloed door de interacties van wolken en de oceanen.

Het vermogen om het gedrag van wolken te voorspellen geeft meteorologen, klimaat wetenschappers, natuurkundigen en anderen een beter begrip van de verandering van neerslag (momenteel een van de moeilijkste aspecten van weersvoorspellingen om te voorspellen) en verbetert de klimaatmodellering.

Vorige week, Prasanth Prabhakaran, Will Cantrell en Raymond Shaw, samen met een aantal co-auteurs, gepubliceerd "De rol van turbulente fluctuaties in aërosolactivering en wolkenvorming" in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences . Hun artikel vraagt:Onder welke omgevingsomstandigheden vormen zich wolkendruppels? Heeft turbulentie - de chaotische luchtbeweging die resulteert in een hobbeligere rit in een vliegtuig - de eigenschappen van wolken, zoals hoeveel wolkendruppels ze hebben en of ze neerslag zullen produceren?

"Er zijn maar weinig absoluutheden in het leven en ik sta op het punt je er een te geven:als je naar de lucht kijkt, elke wolkendruppel die je ziet gevormd op een reeds bestaand stofje. Maar niet elk stofje zal je een wolkdruppel geven, " zei Will Cantrell, hoogleraar natuurkunde.

"Als je me de atmosferische omstandigheden geeft, Ik kan je een redelijk goed idee geven of het stofje een wolkdruppel zal vormen. Tot nu toe in de atmosferische wetenschap, waar we geen rekening mee hebben gehouden is het feit dat de atmosfeer turbulent is, Cantrell zei. "Als de stofdeeltjes identiek waren, maar ze worden blootgesteld aan verschillende omstandigheden, dat zal een rol spelen bij het al dan niet worden van wolkendruppels."

De rol van turbulentie bij wolkenvorming is de kloof waarin Cantrells onderzoek stapt. traditioneel, de mechanica van wolkenvorming heeft geen rekening gehouden met turbulentie. Prabhakaran en co-auteurs hebben een raamwerk ontwikkeld, ondersteund met experimenten uit Tech's wolkenkamer, om uit te leggen hoe reeds bestaande aerosol (stof)deeltjes - de zaden van wolkendruppels - de overgang maken naar druppeltjes (en zo in aanmerking komen om het proces van vallen op uw tuin te starten).

De wolkenkamer van Michigan Tech is een van de slechts twee ter wereld die dergelijke experimenten kan uitvoeren. Sjaa, onderscheiden hoogleraar natuurkunde en directeur van Michigan Tech's atmosferische wetenschappen Ph.D. programma, is ook aangesloten bij de andere:de LACIS-T-kamer in Leipzig, Duitsland, aan het Instituut voor Troposferisch Onderzoek. Wolken kunnen urenlang worden gehandhaafd in de kamer van Michigan Tech, een enorm voordeel ten opzichte van experimenten in situ in een jet uitgerust met meetapparatuur die honderd meter per seconde door een wolk reist.

"Onder gecontroleerde omstandigheden hebben we de aspecten van wolkenvorming onderzocht, " zei Prabhakaran, die een postdoctoraal onderzoeker is in de afdeling natuurkunde van Michigan Tech. "Modelvorming onder verschillende regimes laat zien hoe wolkendruppels worden gevormd en de betekenis van de vorming van wolkendruppels onder de omstandigheden die we hebben, of het nu een sterk vervuilde omgeving is of in een relatief schone omgeving zoals boven de oceaan."

Atmosferische omstandigheden zijn belangrijk:in schone omstandigheden, alles wat onderzoekers moeten weten zijn de gemiddelde waarden zoals de gemiddelde waterdampconcentratie en de gemiddelde temperatuur, om voldoende informatie te hebben om te voorspellen of stofdeeltjes wolkendruppels zullen worden. Onder meer vervuilde omstandigheden, de exacte omstandigheden waaraan de deeltjes worden blootgesteld, worden belangrijker.

"De manier waarop wolken omgaan met zonlicht en of ze neerslaan, hangt sterk af van het aantal druppels en hoe groot ze zijn, Cantrell zei. "Het begrijpen van de overgang van stof naar wolkendruppels is een belangrijk onderdeel om te begrijpen of je veel of weinig druppels zult hebben. Onze theorie voegt een manier toe om te begrijpen of de turbulente vermenging in de atmosfeer van invloed is op het aantal druppels dat je krijgt, en dat vloeit over in andere eigenschappen van wolkenvorming."

Om het experiment uit te voeren, de onderzoekers creëerden een turbulente omgeving in de 3,14 meter grote wolkenkamer door de onderste plaat van de kamer te verwarmen en de bovenplaat te koelen om een ​​turbulente, convectieve stroming. In de stroom introduceerde het team 130 nanometer natriumchloride-aerosoldeeltjes. Door het temperatuurverschil tussen de boven- en onderplaten en het aantal aerosoldeeltjes in de kamer te variëren, de onderzoekers zagen verschillen in de vorming van wolken.

Op basis van die observaties, het onderzoeksteam ontwikkelde een semi-kwantitatieve theorie om de voorwaarden te beschrijven. Of aerosoldeeltjes druppeltjes worden, heeft een enorm effect op de eigenschappen van wolken, en de Michigan Tech-experimenten en -modellen bieden een raamwerk om druppelvorming in numerieke modellen te categoriseren.

Cantrell zei dat turbulentie tot voor kort geen deel uitmaakte van het curriculum voor cloudfysica.

"Onze metingen in de kamer laten zien dat turbulentie het gedrag kan nabootsen dat is toegeschreven aan deeltjesvariatie, voornamelijk grootte en samenstelling. Dit experiment verandert ons begrip van de eigenschappen van de wolken en we worden beter in staat om die processen weer te geven in klimaatmodellen, " hij zei.

De onderzoekers zeiden dat hun model voorspellers zal helpen de fluctuaties te voorspellen die Planet Ocean-Cloud zal ervaren als het klimaat verandert.

"Hopelijk over een paar jaar dit zal de waarnemingen van klimaatmodellen voor het voorspellen van klimaatverandering op lange termijn verbeteren, ' zei Prabhakaran.