Al igual que las gotas de lluvia que cruzan las ventanas de su automóvil mientras conduce a través de una tormenta, las gotas de agua en las nubes viajan en las líneas de flujo de aire, siguiendo las corrientes de aire generalmente sin tocarse. Sin embargo, el aire dentro de las nubes tiende a ser turbulento, como cualquier nerviosoel aviador puede dar fe de ello, y el remolino de aire turbulento hace que las gotas se agrupen.
Durante 20 años, los científicos atmosféricos han conjeturado que las gotas de agua realmente se agrupan dentro de las nubes, en gran parte debido al conocimiento de que los flujos de aire turbulentos están llenos de vórtices giratorios que mezclan bien los fluidos. Pero las nubes se arremolinan en escalas tan grandes, que persistieron dudas sobre si lasLas turbulencias simuladas por una computadora o generadas en un laboratorio podrían traducirse a la atmósfera. Un equipo de investigadores de ciencias atmosféricas ha llevado instrumentos a la atmósfera misma y ha confirmado que las gotas de agua se agrupan dentro de las nubes.
El artículo, "Agrupación de gotitas a escala fina en nubes atmosféricas: función de distribución radial 3D de la holografía digital aérea" se publicó en noviembre en la revista Cartas de revisión física . Para hacer esta determinación, los investigadores llevaron sus experimentos al cielo, utilizando un instrumento holográfico en el aire conocido como HOLODEC, abreviatura del detector holográfico de nubes. El instrumento se fija bajo el ala del Instrumento de alto rendimiento Gulfstream-VAeronave de la Plataforma Aerotransportada para la Investigación Ambiental operada por el Centro Nacional de Investigación Atmosférica NCAR y la National Science Foundation NSF. El HOLODEC se asemeja a una garra, sus púas pueden grabar imágenes tridimensionales para capturar la forma, el tamaño y la posición espacial detodo lo que pasa entre
"La señal de agrupamiento que observamos es realmente pequeña, por lo que, como suele ser el caso en la ciencia, se tuvo que realizar un análisis cuidadoso para detectar una pequeña señal y convencernos de que era real", dijo Raymond Shaw, profesor defísica y directora del programa de doctorado en ciencias atmosféricas.
Extendido a través del cielo
Susanne Glienke, investigadora doctoral visitante en Michigan Tech del Instituto Max-Planck de Química y la Universidad Johannes Gutenberg en Mainz, Alemania, realizó la recopilación de datos y el análisis de imágenes holográficas. Luego le pasó la información a Mike Larsen, profesor asociado del Colegio de Charleston y alumno de Michigan Tech, que observó cuán estrechamente se agrupan las gotas al calcular la probabilidad de encontrar dos gotas espaciadas a una distancia específica en comparación con la probabilidad de encontrarlas a la misma distancia en un entorno distribuido aleatoriamenteDeterminó que el agrupamiento de gotas se vuelve más pronunciado a distancias de partícula a partícula más pequeñas.
"Si las gotas se agrupan en las nubes, es más probable que choquen", dijo Glienke. "Las colisiones aumentan la velocidad a la que crecen las gotas y, por lo tanto, pueden disminuir el tiempo necesario hasta que comience la precipitación".
Glienke señala que conocer el agrupamiento mejora el conocimiento general de las nubes y puede conducir a mejoras en el pronóstico del comportamiento de las nubes: ¿cuándo lloverán? ¿Cuánto durarán las nubes?
Además, además de influir en la lluvia, la agrupación también disminuye la vida útil de la nube. Si una nube se disipa más rápido, tiene una influencia menor en el presupuesto de radiación e influye en el clima global, si hay muchas nubes involucradas.
El experimento requirió una muestra larga y continua, volando el avión a través de plataformas de nubes de estratocúmulos a una altitud constante.
"No estábamos seguros de si podríamos detectar una señal", dijo Shaw. "Las nubes que muestreamos son débilmente turbulentas, pero tienen la ventaja de extenderse a lo largo de cientos de kilómetros, por lo que podríamos tomar muestras y promediarlasmucho tiempo."
Las nubes marinas se comportan de manera diferente a las nubes sobre la tierra. Las nubes continentales suelen tener gotas más pequeñas, debido a los núcleos de condensación de nubes más abundantes, que son necesarios para que el agua se condense. Las nubes continentales, que suelen ser más turbulentas, tienen más probabilidades de haberse agrupadogotas.
El cielo es el límite
Debido a que las nubes examinadas en el estudio no eran particularmente turbulentas, lo que significaba que una distribución aleatoria de gotas era más probable, hizo que la presencia de gotas agrupadas fuera aún más importante.
"Estábamos entusiasmados y escépticos al mismo tiempo, cuando vimos por primera vez que surgía una señal de los datos muy ruidosos", dijo. "Tomó mucha discusión y pruebas para confiar en que la señal era significativa y noartefacto instrumental "
Shaw señala que esta validación es importante para el campo de la ciencia atmosférica porque la señal de agrupamiento detectada es consistente con los conceptos desarrollados durante las últimas dos décadas, basados en el trabajo de laboratorio y teórico.
"En las nubes con turbulencias más intensas, la señal de agrupamiento podría ser mucho más fuerte y podría influir en la velocidad a la que colisionan las gotas de nubes para formar gotas de llovizna", dijo Shaw. "Pero exactamente cómo sucederá necesitará más trabajo".
El trabajo muestra que aún queda mucho por aprender sobre las nubes y sus efectos en el planeta.
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Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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