Точная климатическая модель строится на понимании облаков – их размера, формы и того, как они взаимодействуют со светом Солнца и осадками. Одним из ключевых элементов этой головоломки является микрофизика капелек в облаках – сложная игра капель воды внутри облака. Новейшие исследования выявляют серьезный пробел в способности наших моделей захватить эту сложность, что потенциально может повлиять на наши прогнозы о климате Земли.
Наши существующие климатические модели с трудом точно отображают разнообразие размеров капелек в облаках. Нитин Аллуаин и его команда обнаружили, что даже сложные симуляции, называемые большой турбулентностью (БТ), создают слишком однообразное изображение распределения капель. Представьте себе ошибку: вы приняли шумный город за пустую поляну – общий вид кардинально отличается от реальности.
Эти выводы основываются на сравнении данных БТ с наблюдениями в реальном мире, полученными в стратокумулюсных облаках – распространенном типе, который встречается вдоль побережий и часто появляется как низкие серые пятна. Исследователи сосредоточились на том, как размер капли варьируется в разных частях облака. Новые данные наблюдений показали отчетливые закономерности – некоторые области были богаты большими каплями, а другие – меньшими, указывая на более динамичную внутреннюю структуру.
В этом месте модели уступают. Хотя симуляции БТ улавливали некоторые интересные корреляции между размерами капель и общими явлениями в облаках (такими как образование мороси и восходящие потоки), они не смогли воспроизвести наблюдаемое разнообразие на более крупных масштабах внутри облаков.
Эти расхождения могут быть обусловлены несколькими факторами. Например, текущие модели могли неточно отображать «энтрейнмент» – процесс смешивания сухого воздуха в облако, вызывающий испарение и влияющий на размеры капель. Другим виновником может быть предположение о том, что такие факторы, как условия поверхности и типы аэрозолей, равномерно распределены по всему облаку – что редко происходит в природе.
Понимание этих микрофизических процессов критически важно для уточнения климатических моделей. Аллуаин и его команда подчеркивают, что их симуляции БТ были упрощенными сценариями, поэтому необходимо проявлять осторожность при их прямом применении к реальным сложным ситуациям. Они настоятельно рекомендуют будущим исследованиям изучить влияние вариаций концентрации аэрозолей в облаках на размеры капель и усовершенствовать методы моделирования для более реалистичного отображения процесса энтрейнмента. По их мнению, лагранжевские схемы, которые отслеживают отдельные частицы внутри облака вместо усреднения свойств по большим объемам, представляют интересным направлением для захвата этих нюансов.
В конечном счете, достижение более точного представления о микрофизике облаков будет решающим фактором для улучшения понимания того, как облака вносят вклад в климатическую систему Земли и, в конечном итоге, для прогнозирования будущих изменений в глобальных погодных моделях.
