Физики из Брукхейвенской национальной лаборатории в штате Нью-Йорк впервые детально исследовали верхушки облаков со сверхвысоким разрешением. Новый тип лидара позволил увидеть существенные различия между физикой верхних и внутренних слоев облаков. Результаты могут изменить представление о том, как облака влияют на климат и формирование осадков, пишет Gizmodo.

Исследователи разработали лазерный лидар дистанционного зондирования, способный фиксировать структуры облаков с пространственным разрешением около 1 сантиметра. Это в 100-1000 раз превышает возможности традиционных инструментов наблюдения.

В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, новый лидар совместили с камерными экспериментами. Такой подход впервые позволил экспериментально различить структуры воды в верхушках облаков и в их внутренних слоях.

[see_also ids="629315"]

Именно эти различия, по словам авторов, определяют, как облака эволюционируют, формируют осадки и влияют на энергетический баланс Земли. Ранее эти процессы оставались плохо описанными из-за ограничений измерительных методов.

Как отметил ведущий автор исследования Фан Ян из Брукхейвенской лаборатории, новый прибор работает как "микроскоп для облаков", поскольку способен обнаруживать и подсчитывать отдельные фотоны, возвращающиеся после удара сверхбыстрых лазерных импульсов по облаку. Полученные сигналы специальный алгоритм превращает в детальный профиль облачной структуры. По его словам Яна, прибор обеспечивает изображение динамики облаков со сверхвысоким разрешением.

Для проверки технологии команда использовала камеру Вильсона в Мичигане, где можно искусственно создавать облака при контролируемых температуре и влажности. Это позволило точно зафиксировать физику распределения капель внутри облака.

[see_also ids="659051"]

Результаты показали, что существующие модели неправильно описывают физику верхушек облаков. Лидар зафиксировал значительную вариативность распределения капель в верхних слоях, тогда как в середине облака структура была значительно более однородной.

Исследователи связывают это с двумя процессами — захватом и седиментацией. Захват затягивает сухой воздух сверху вниз, создавая пятнистую структуру, тогда как седиментация сортирует капли по размеру.

Во внутренней части облака сильная турбулентность быстро перемешивает капли в однородную массу. Зато в верхушках турбулентность слабее, и там удерживаются только мелкие капли.

[see_also ids="664814"]

"Многие атмосферные модели или вообще пренебрегают седиментацией капель, или представляют капли разных размеров с одной скоростью падения. Это упрощение целесообразно в основной области облака, где турбулентность сильная, но оно исчезает вблизи верхушки облака, где турбулентность слабее", — объяснил Ян.

Ученые отмечают, что неточные представления о физике облачных поверхностей могут существенно влиять на климатические прогнозы. В частности, это касается оценок отражения солнечного света и формирования осадков.

В перспективе исследователи планируют применить лидар для непосредственных измерений в реальной атмосфере. В то же время они признают, что лабораторные камеры не полностью воспроизводят естественную динамику облаков, хотя новая технология значительно приблизилась к более точному определению этого.

Недавно ученые создали самого точного "цифрового двойника" Земли. Они совершили прорыв в климатическом моделировании благодаря сочетанию краткосрочных погодных данных с долговременными глобальными процессами.