Chatta med en atmosfärisk forskare i mer än några minuter, och det är troligt att de kommer att börja förespråka ett planetariskt namnbyte. Planet Ocean-Cloud är mycket mer passande än jorden, de kommer att säga, när så mycket av vår planets livssystem påverkas av växelverkan mellan moln och haven.

Förmågan att förutsäga molnens beteende ger meteorologer, klimatforskare, fysiker och andra en bättre förståelse för förändring av nederbörd (för närvarande en av de svåraste aspekterna av väderprognoser att förutsäga) och förbättrar klimatmodellering.

Förra veckan, Prasanth Prabhakaran, Will Cantrell och Raymond Shaw, tillsammans med flera medförfattare, publicerade "Rollen av turbulenta fluktuationer i aerosolaktivering och molnbildning" i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences . Deras artikel frågar:Under vilka miljöförhållanden bildas molndroppar? Påverkar turbulens – den kaotiska luftrörelsen som resulterar i en stötigare resa på ett flygplan – molnens egenskaper, till exempel hur många molndroppar de har och om de kommer att producera nederbörd?

"Det finns väldigt få absoluter i livet och jag ska ge dig en av dem:När du tittar upp i himlen, varje molndroppe du ser bildas på en redan existerande dammfläck. Men inte varje dammkorn ger dig en molndroppe, sade Will Cantrell, professor i fysik.

"Om du ger mig de atmosfäriska förhållandena, Jag kan ge dig en ganska bra uppfattning om om dammfläcken kommer att bilda en molndroppe. Hittills inom atmosfärsvetenskap, vad vi inte har tagit hänsyn till är det faktum att atmosfären är turbulent, " sa Cantrell. "Om dammpartiklarna var identiska, men de utsätts för olika förhållanden, som kommer att spela en roll i om de blir molndroppar."

Turbulensens roll i molnbildningen är gapet som Cantrells forskning går in i. Traditionellt, molnbildningens mekanik har inte svarat för turbulens. Prabhakaran och medförfattare har utvecklat ett ramverk, uppbackad med experiment från Techs molnkammare, för att förklara hur redan existerande aerosolpartiklar (damm) – frön från molndroppar – gör övergången till att bli droppar (och därmed blir kvalificerade att starta processen att falla på din trädgård).

Michigan Techs molnkammare är en av bara två i världen som kan utföra sådana experiment. Shaw, framstående professor i fysik och chef för Michigan Techs atmosfärsvetenskap Ph.D. program, är också ansluten till den andra:LACIS-T-kammaren i Leipzig, Tyskland, vid Institutet för troposfärsforskning. Moln kan upprätthållas i timmar i Michigan Techs kammare, en stor fördel gentemot in situ-experiment i en jet utrustad med mätutrustning som färdas hundra meter i sekunden genom ett moln.

"Under kontrollerade förhållanden undersökte vi aspekterna av molnbildning, sa Prabhakaran, som är postdoktor vid Michigan Techs avdelning för fysik. "Modellering under olika regimer visar hur molndroppar bildas och betydelsen av bildandet av molndroppar under de förhållanden vi har, oavsett om det är en mycket förorenad miljö eller ute i en relativt ren miljö som ute över havet."

Atmosfäriska förhållanden spelar roll:Under rena förhållanden, allt som forskare behöver veta är medelvärden som genomsnittlig vattenångakoncentration och medeltemperatur, att ha tillräckligt med information för att förutsäga om dammfläckar kommer att bli molndroppar. Under mer förorenade förhållanden, de exakta förhållandena partiklarna utsätts för blir viktigare.

"Sättet som moln interagerar med solljus och om de faller ut kommer att bero mycket på hur många droppar och hur stora de är, ", sa Cantrell. "Att förstå övergången från damm till molndroppar är en viktig del av att förstå om du kommer att ha många eller få droppar. Vår teori lägger till ett sätt att förstå om den turbulenta blandningen i atmosfären kommer att påverka antalet droppar du får, och som kaskader in i andra egenskaper för molnbildning."

För att genomföra experimentet, forskarna skapade en turbulent miljö inuti den 3,14 meter stora molnkammaren genom att värma upp kammarens nedre platta och kyla den övre plattan för att skapa en turbulent, konvektivt flöde. In i flödet introducerade teamet 130 nanometer natriumkloridaerosolpartiklar. Genom att variera temperaturskillnaden mellan topp- och bottenplattan och antalet aerosolpartiklar i kammaren, forskarna såg skillnader i hur moln bildades.

Baserat på dessa observationer, forskargruppen utvecklade en semikvantitativ teori för att beskriva förhållandena. Huruvida aerosolpartiklar blir droppar har en enorm effekt på molnens egenskaper, och Michigan Tech-experimenten och modellen tillhandahåller ett ramverk för att kategorisera droppbildning i numeriska modeller.

Cantrell sa att turbulens inte har varit en del av molnfysikläroplanen förrän helt nyligen.

"Våra mätningar i kammaren visar att turbulens kan efterlikna de beteenden som har tillskrivits partikelvariation, främst storlek och sammansättning. Detta experiment förändrar vår förståelse av molnens egenskaper och vi blir bättre på att representera dessa processer i klimatmodeller, " han sa.

Forskarna sa att deras modell kommer att hjälpa prognosmakare att förutsäga fluktuationerna Planet Ocean-Cloud kommer att uppleva när klimatet förändras.

"Förhoppningsvis inom några år, detta kommer att förbättra observationerna av klimatmodeller för att förutsäga långsiktiga klimatförändringar, " sa Prabhakaran.