新的發現有可能增強用于天氣和氣候預測的計算機模型。

幾十年來，科學家們一直在試圖解開一個復雜而神秘的事件序列，這些事件使得云中的微小液滴變得足夠大，足以掉落到地面上。對這個被稱為“降雨形成瓶頸”的過程有更深入的了解，對于增強天氣和氣候的計算機模型模擬至關重要，這反過來又會導致更準確的預測。

現在，由美國國家科學基金會國家大氣研究中心（NSF NCAR）的科學家領導的一個研究小組發現，云層中空氣的湍流運動在水滴的生長和降雨的形成中起著關鍵作用。

研究人員運用先進的計算機模型，對美國宇航局野外活動期間拍攝的積云中的液滴進行了詳細觀察。這使他們能夠追蹤湍流對最終凝聚成雨滴的胚胎液滴的影響。

該研究的第一作者、美國國家科學基金會NCAR的科學家卡邁勒·康德·錢德拉卡爾說：“這項研究表明，湍流對液滴合并的影響對于液滴尺寸的演變和降雨的引發至關重要。積云中的湍流大大加速了降雨，并導致降雨量大得多。”

錢德拉卡和他的同事發現，在有湍流的計算機模擬中，雨的形成比沒有湍流的計算機模擬早20分鐘左右。在包括湍流在內的模擬中，雨水的質量高出七倍多。

這項研究發表在《美國國家科學院院刊》上。它是由美國宇航局，美國能源部和國家科學基金會資助的。

從小水滴到雨

當云中的小水滴在塵埃、鹽或其他物質的微粒周圍凝結時，雨的過程就開始了，這些微粒被稱為云凝結核（CCN）。當數以百萬計的液滴相互碰撞時，它們合并成更大的液滴，最終變得足夠重，從云中掉出來。

雨滴的形成可以在不同的條件下發生變化，例如不同大小的云滴的分布，以及其他因素，例如湍流運動和云中的粒子性質。

在天氣事件和氣候系統的計算機模型中正確地表示這一過程，對于提高這些模型的可靠性至關重要。水滴的聚集不僅對準確預測降雨很重要，而且對更好地理解云的演變以及它們將熱量反射回太空從而影響溫度的程度也很重要。

為了梳理降雨的開始，錢德拉卡和他的同事們轉向了在2019年美國宇航局的云、氣溶膠和季風過程菲律賓實驗（CAMP2Ex）的野外活動中，由飛入積云的研究飛機拍攝的雨滴大小分布的觀察。

利用專門的計算機模型，研究小組開發了一系列高分辨率模擬，以重現在活動期間觀察到的云條件，并觀察液滴如何與不同的湍流結合。

模擬顯示了湍流在降雨時間和范圍中的關鍵作用。他們還指出，大CCN的存在，一直是一些降雨形成理論的焦點，不能解釋觀測到的水滴大小和演變。在CCN大、湍流小的模擬中，液滴聚并速度較慢，降雨較少。

錢德拉卡說：“降雨的發展是云、天氣和整個氣候系統的基礎。更好地理解這一過程可以為我們的計算機模型以及最終有助于保護社會的天氣預報和氣候預測指明道路。”

來自：知新了了