Микрофизическая структура облачных капель влияет на поведение атмосферы, например, на осадки. Современные модели могут недооценивать, насколько сильно эти структуры могут различаться в пределах одного облака.

То, как скопления популяций капель воды разного размера распределены внутри облаков, влияет на более масштабные свойства облаков, такие как рассеивание света и скорость образования осадков. Изучение и моделирование микрофизической структуры облачных капель — сложная задача. Но недавние полевые наблюдения предоставили важные данные в сантиметровом масштабе о распределении размеров капель в слоисто-кучевых облаках, что дало возможность моделям лучше соответствовать реальности.

Характерные распределения размеров капель, которое предоставляют эти модели, вероятно, слишком однородны, говорят Оллвейн и др. (Allwayin et al.). Эта запутанная микрофизическая структура может сбивать с толку моделирование облаков и климатические модели, которые её используют.

Авторы сравнивают новые наблюдаемые данные о микрофизической структуре облаков с результатами моделирования крупных вихрей для слоисто-кучевых облаков. В конвективных масштабах модель показала интригующие корреляции между характеристиками кластеров капель и общей физикой облаков. Например, в областях облаков, где преобладает морось, капли, как правило, крупнее, но не обязательно содержат больше воды, а в областях восходящих потоков капель, как правило, меньше размер капель и распределение размеров капель более узкое.

Однако в более крупных пространственных масштабах характерные распределения размеров капель в модели выглядят очень схожими в разных частях облака. Это резко расходится с наблюдениями, показывающими, что распределения размеров различаются в зависимости от масштабов крупных вихрей внутри облака.

Одним из объяснений может быть то, что процесс вовлечения, при котором более сухой воздух попадает в облако и вызывает испарение, не очень хорошо разрешён в этих моделях, говорят авторы, отмечая взаимосвязь между наблюдениями характерных распределений размеров капель и локальными скоростями вовлечения. Кроме того, модели часто предполагают, что свойства пограничного слоя, такие как поверхностные потоки и типы аэрозолей, одинаковы во всех облаках.

Авторы утверждают, что для развития атмосферного моделирования необходимо более глубокое понимание микрофизики облаков и её связи с вовлечением и граничными потоками. Исследователи добавляют, что расчёты крупных вихрей в данном исследовании представляют собой идеализированные случаи, что следует учитывать при интерпретации результатов. Авторы предлагают сосредоточить дальнейшие исследования на понимании роли горизонтальных градиентов в концентрации аэрозолей, а также на улучшении моделирования слоёв захвата. Лагранжевы схемы в моделях крупных вихрей могут оказаться более перспективными для данной работы.
(Geophysical Research Letters, https://doi.org/10.1029/2025GL116021, 2025)

 

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/understanding-cloud-droplets-could-improve-climate-modeling