Polygoner är utbredda i naturen:Torkande lera kan spricka till flersidiga block, och bin formar honungskaka till vanliga, sexsidiga celler. Hexagoner förekommer också i breda ark av moln över delar av jordens hav, och nu har ett team av forskare använt en nätverksansats för att analysera varför. Deras arbete lovar att hjälpa forskare att hitta mer exakta beskrivningar av moln i datormodeller av väder och klimatförändringar.
Stora däck av stratocumulusmoln organiserar sig själv till bikakeliknande mönster. "Dessa typer av moln kyler planeten genom att reflektera solstrålning men deras beskrivning i klimatmodeller är fortfarande ganska grov", sa huvudförfattaren Franziska Glassmeier. Hon fann att hon kunde använda en relativt enkel matematisk modell för att återskapa molnmönstren, som formas i naturen av ett komplext samspel av fysiska processer.
Den nya tidningen, medförfattare av NOAA-forskaren och CIRES Fellow Graham Feingold, publiceras idag i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences . Arbetet stöddes delvis av CIRES Innovative Research Program.
Sedan de första satellitbilderna i början av 60-talet, forskare har insett att stratocumulusmoln - mattliknande, låga moln draperas ofta över stora delar av subtropiska hav – ser ut som ofullkomliga bikakor. Ibland är cellerna "stängda, " med molniga områden i cellerna omgivna av molnfria ringar; och ibland är de "öppna, " med molnfria celler omgivna av molniga ringar. Mönstret förändras ständigt när celler dyker upp, försvinna, och ordna om.
Forskarna körde mycket detaljerade simuleringar av moln för att fånga de exakta luftrörelserna som skapar dessa mönster:i allmänhet, där luften rör sig upp skapar den molniga områden, och där den går ner, molnfria regioner bildas. De tillämpade sedan en matematisk teknik som kallas Voronoi tessellation för att översätta luftrörelser till ett nätverk av polygonala plattor. Den enkla matematiska modellen som utvecklats av Glassmeier och Feingold återskapar detta mönster. "Det är som att skapa en dynamisk mosaik med specifika regler som gör att man kan ersätta olika lappar med en ny uppsättning brickor om och om igen", Glassmeier förklarar. Deras modell erbjuder en grundläggande förklaring till strukturen och dynamiken hos fantastiska stratocumulus molndäck.
Och kanske ännu viktigare, Nätverksanalystekniken kan hjälpa till att producera mer exakta moln i datormodeller. "Moln representerar fortfarande en betydande osäkerhet i våra klimatprognoser", sa Feingold. "Vår förhoppning är att denna nya tillvägagångssätt för mobilnätverk kommer att leda till nya sätt att se på molnparameteriseringsproblemet".
