了解天氣和氣候變化是當(dāng)今科學(xué)中最重要的挑戰(zhàn)之一。來(lái)自哥本哈根大學(xué)Niels Bohr研究所的JanHärter副教授的一項(xiàng)新的理論研究提出了一種新的風(fēng)暴云自聚集機(jī)制，風(fēng)暴云在密集的群集中聚集在一起的現(xiàn)象。研究人員使用了復(fù)雜性科學(xué)的方法，并將其應(yīng)用于以前建立的氣象學(xué)研究雷暴云的行為。該研究現(xiàn)已發(fā)表在“ 地球物理研究快報(bào)”上。

暴風(fēng)云的生死

當(dāng)太陽(yáng)升溫海洋表面時(shí)，溫暖潮濕的空氣從海洋表面升起，形成高大的柱狀雷暴云，達(dá)到約12公里的高度，通常只有幾公里寬。當(dāng)這些云產(chǎn)生雨水時(shí)，其中一些會(huì)蒸發(fā)并冷卻云下的局部區(qū)域。

形成云的空氣的初始循環(huán)被關(guān)閉并且云消散。如果這很簡(jiǎn)單，那應(yīng)該是雷雨云的結(jié)束。然而，云層下方密集的空氣需要與周圍密度較小的空氣平衡：“冷空氣密度更高，并且遠(yuǎn)離云層蔓延。形成陣風(fēng)，可能與其他云層的陣風(fēng)相撞。結(jié)果，空氣上升，產(chǎn)生新的云。這意味著云層足夠多的區(qū)域更容易引起額外的云層，“JanHärter解釋說(shuō)明(圖1)。

“云層較少的區(qū)域表現(xiàn)出云層的進(jìn)一步減少。由于能量需要進(jìn)入系統(tǒng)，并且由于能量來(lái)自太陽(yáng)光，因此云塊的增長(zhǎng)量有限 - 因此我們對(duì)模型施加了約束。”結(jié)果是云團(tuán)形成，其間有無(wú)云區(qū)域。這也可以在熱帶海洋的觀測(cè)中看到。“

將理論與現(xiàn)實(shí)世界現(xiàn)象相結(jié)合

建立模型純粹是理論上的，但仍然設(shè)法解釋現(xiàn)象。“這是一個(gè)理論論證，對(duì)現(xiàn)在可以測(cè)試的機(jī)制的建議。在現(xiàn)實(shí)世界中觀察到了雷暴云的聚類，但仍缺乏科學(xué)的解釋。如果我們對(duì)比兩個(gè)極端情況，即創(chuàng)建一個(gè)云，它最終會(huì)自行關(guān)閉。然后統(tǒng)計(jì)力學(xué)表示不會(huì)發(fā)生對(duì)流自聚合。將此與另一個(gè)模型進(jìn)行比較，其中兩個(gè)云創(chuàng)建另一個(gè)云，可以進(jìn)行聚合。這基本上是理論模型可以做的。這種類型的自組織非常有趣，可以發(fā)生在從生物學(xué)到磁學(xué)的各種系統(tǒng)中。“

由于云與太陽(yáng)輻射的強(qiáng)烈相互作用，熱帶氣象與氣候變化有關(guān)。相對(duì)于今天看到的速度，未來(lái)氣候的更多聚集可能會(huì)影響海洋變暖的程度。對(duì)暴風(fēng)云聚集的預(yù)測(cè)也可能影響丹麥的天氣，丹麥最近發(fā)生的事件包括突發(fā)山洪暴雨，淹沒(méi)下水道和地下室以及基礎(chǔ)設(shè)施受損，這引發(fā)了對(duì)這種突發(fā)性洪水起源的質(zhì)疑。深入了解云的相互作用可以為這種洪水的發(fā)生提供新的視角。