Ringla över land. Kredit:Wikimedia Commons-bidragsgivare GerritR, CC BY-SA 4.0
En ny NASA-studie visar att uppströmmar är viktigare än vad man tidigare förstått för att avgöra vad som får moln att producera duggregn istället för fullstora regndroppar, kullkasta ett vanligt antagande.
Studien erbjuder en väg för att förbättra noggrannheten i väder- och klimatmodellernas behandlingar av nederbörd – erkänd som en av de större utmaningarna när det gäller att förbättra kortsiktiga väderprognoser och långsiktiga klimatprognoser.
Forskningen av forskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien; UCLA; och University of Tokyo fann att lågt liggande moln över havet producerar fler duggregn droppar än samma typ av moln över land. Resultaten publiceras online i Kvartalstidning för Royal Meteorological Society.
Vattendroppar i moln bildas initialt på mikroskopiska luftburna partiklar, eller aerosoler. Forskare har studerat aerosolers roll i moln och regn i årtionden. Det finns fler aerosoler över land än över havet, och forskare hade trott att de ytterligare aerosolerna också skulle tendera att bilda mer duggregn över land. Den nya studien visar att förekomsten av aerosoler enbart inte kan förklara var duggregn uppstår.
För att förstå vad mer som spelar roll, forskargruppsledaren Hanii Takahashi från JPL och UCLA Joint Institute for Regional Earth System Science and Engineering tittade på uppströmsströmmar – plymer av varm luft som stiger upp från den soluppvärmda jorden. Inom höga åskmoln, starka uppströmmar spelar en roll för regnbildning. I lågt liggande moln, dock, updrafts är kända för att vara mycket svagare, och de har inte fått så mycket vetenskaplig uppmärksamhet i samband med regn.
"Det fanns en tidigare hypotes att updrafts kan vara viktiga, " sade Takahashi. "Men hypotesen hade aldrig testats, och jag var inte säker på om uppgången var tillräckligt stark för att påverka storleken på regndroppar."
Inom höga åskmoln, starka uppströmmar spelar en roll för regnbildning. I lågt liggande moln, dock, updrafts är kända för att vara mycket svagare, och de har inte fått så mycket vetenskaplig uppmärksamhet i samband med regn.
Befintliga mätsystem har svårt att övervaka uppströmningshastigheter direkt. För att härleda dessa hastigheter, Takahashis team kombinerade mätningar från NASA:s CloudSat- och Aqua-satelliter och andra källor med radardata på marknivå från en observationsplats för det amerikanska energidepartementet på Azorerna.
De fann att uppströmningen i lågt liggande moln över land, medan svagare än uppåtgående i höga åskmoln, var fortfarande starka nog att hålla duggregn droppar uppe. När dropparna flöt i molnen, de fortsatte att växa tills uppgången inte kunde hålla dem uppe längre. Sedan föll de som regndroppar i full storlek.
I liknande moln som bildades över havet, uppströmningen var till och med svagare än över land. Som ett resultat, droppar föll ur molnen som duggregn, innan de fick möjlighet att växa till fullstora regndroppar. Detta hjälper till att förklara övervägande duggregn över havet.
Detta fynd ger ny insikt i den grundläggande atmosfäriska processen för regnbildning, något som är användbart i både väderprognoser och klimatmodellering. Takahashi hoppas att det kommer att hjälpa hennes andra klimatmodeller att se bortom aerosoler i sina antaganden om lågt liggande moln. Dessa moln har en stark effekt på prognoser av jordens framtida yttemperaturer. I de flesta modeller, de antaganden som för närvarande används för att få realistiska yttemperaturer resulterar i en orealistiskt duggregn värld.
"Om vi gör uppströmningshastigheter mer realistiska i modellerna, vi kan få både mer realistiskt duggregn och mer realistiska yttemperaturprognoser som ett resultat, " Hon sa.
Storleken på vattnet
Luftburna vattenångmolekyler kondenserar på aerosolpartiklar som kallas molnkondensationskärnor och växer till droppar av olika storlekar. Här är några relevanta diametrar:
