Ilgą laiką atmosferos moksluose vyravo paprasta taisyklė: kad iš debesų iškristų lietus, dažnai prireikia ledo kristalų, padedančių lašams „užaugti“ iki pakankamo dydžio. Tačiau didelė dalis kritulių, ypač tropikuose, susidaro vadinamuosiuose šiltuose debesyse, kuriuose temperatūra išlieka virš nulio.
Būtent šių debesų viduje lietaus pradžia dešimtmečius buvo laikoma viena didžiausių mįslių. Neapibrėžtumas tiesiogiai veikia ir orų prognozių tikslumą, ir klimato modelius, nes debesys lemia, kaip Žemė atspindi, sugeria ir išspinduliuoja energiją.
Naujas „mikroskopas“ debesyse
Maxo Plancko Dinamikos ir saviorganizacijos instituto komanda šiai problemai spręsti pasitelkė „CloudKite“ – helio pripildytą baliono ir aitvaro hibridą, skirtą tyrinėti žemai skriejančius kamuolinius debesis. Skirtingai nei lėktuvai ar dronai, ši sistema leidžia ilgiau ir stabiliau rinkti itin tankius matavimus toje pačioje debesies zonoje.
Prietaisas turi specialiai pritaikytas optines sistemas, kurios fiksuoja lašelių dydžius ir jų pasiskirstymą erdvėje dideliu dažniu. Taip mokslininkai gali kurti trimačius vaizdus ir matyti procesus nuo mikrometrų iki kilometrų mastelio.
Kur prasideda lietus šiltuose debesyse?
Tyrėjai nustatė, kad lašelių „susibūrimas“ šiltuose debesyse nevyksta tolygiai visame debesyje. Vietoje to formuojasi labai lokaliniai, trumpalaikiai „karštieji taškai“, kuriuose lašeliai išsidėsto neįprastai tankiai.
Šie ploteliai gali būti mažesni nei vieno metro mastelio, o atstumai tarp lašelių juose siekia maždaug milimetrą. Tokiose sąlygose susidūrimų ir susiliejimo tikimybė smarkiai išauga, todėl būtent čia lašeliai greičiausiai peržengia kritinę ribą ir pradeda virsti lietaus lašais.
„Kadangi lašeliai ten susitelkia, jų susidūrimai tampa gerokai labiau tikėtini“, – sakė tyrimo autorė Birte Thiede.
Šis rezultatas taip pat padeda paaiškinti, kodėl ankstesni stebėjimai kartais rodė silpnesnį ar „išplautą“ susitelkimo signalą. Jei matavimai apibendrinami dideliame plote, smulkūs židiniai tiesiog pasimeta bendrame vidurkyje.
Kodėl tai svarbu prognozėms?
Mokslininkai pabrėžia, kad „karštieji taškai“ nebūtinai tiesiogiai sutampa su didžiausia lašelių koncentracija ar vidutiniu jų dydžiu. Tai leidžia įtarti, kad esminį vaidmenį gali atlikti debesų turbulencija ir kiti dinaminiai procesai, kuriuos komanda toliau analizuoja.
Tikslesnis supratimas, kaip šiltuose debesyse užsiveda susidūrimų grandinė ir kaip greitai auga lašai, gali pagerinti kritulių parametrizaciją skaitmeniniuose modeliuose. Praktinis rezultatas būtų patikimesnės trumpojo laikotarpio orų prognozės ir tvirtesnės prielaidos vertinant klimato kaitos scenarijus, ypač regionuose, kur šilti debesys generuoja didelę dalį kritulių.
Tyrimo autoriai planuoja naujas „CloudKite“ ekspedicijas ir kituose regionuose, įskaitant Amazonę, Baltijos jūros apylinkes ir Suomiją. Tikslas – patikrinti, kaip skirtingomis sąlygomis formuojasi minėti židiniai ir kiek jie keičia lietaus atsiradimo greitį.
Tyrimas publikuotas mokslo žurnale PNAS.
