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揭秘暴雨形成之谜

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剧烈的雷暴常常会带来倾盆大雨,既威胁人类的安全,又会摧毁其基础设施。但迄今为止人们仍然对这种极端天气现象的来龙去脉知之甚少。然而,来自尼尔斯·波耳研究所的研究人员们确定了复杂的云系在大气中的构建过程,他们利用先进的模拟技术模拟出各种云系,然后云系间互相作用,使得进一步构建出的暴雨和大风暴更加猛烈。其结果刊登在了科学杂志《自然·地球科学》(Nature Geoscience)上。

来自德国汉堡的马克斯普朗克气象学研究所、瑞士诺尔雪平的气象水文研究所和哥本哈根大学的波耳研究所的研究人员使用高分辨率的云层模型,分析了暴雨如何随温度上升而变化。他们在一块200 km x 200 km的区域(其为气候模型中一块典型的单个区域)上空完成了这些模拟实验。而在高分辨率的云层模型中,该区域被划分为一个个方圆200米大小的小区域,这样,分辨率就放大了一千倍。研究人员也因此高分辨率才能够发现大气中发生的各个过程,而这些过程在很大程度上只包含在全球气候模型里。

“比如,为了探测乌云形成的物理过程,我们使用的模型能够显示当地的温度和水分的变化,这些变化产生了所谓的‘对流云’。对流就是雷雨云层等的形成过程。地表水分充足,随着表面温度不断上升,水分就化作一股热的上升气流出现在大气中。而传统的气候模型是无法充分完整地看到这些变化过程,值得探究的是,对流云是如何系统性地出现的。两朵云相遇碰撞时通常会形成一朵新的更大的云,” 哥本哈根大学的波耳研究所的研究人员简·欧·赫特(Jan O. Haerter)解释说。

云层受里外双面影响

研究人员把这些大气模型构建出来组织形态称为一种“记忆”。

“我们在这里看到的就是一个复合系统。大气的循环方式不仅受大尺度因素的影响,还与我们所说的自我组织有关。对流云在某一时间段内往来循环,因而,在这一天当中,这样的时间段越来越多,降雨强度也就越来越大,”简·欧·赫特解释到。

他们的结果显示,很多云层相互碰撞和作用时就下暴雨;而如果没有这些云层的碰撞,雨就会小一些。

温度的上升没有改变局部阵雨的强度,但却导致了对流云系之间的碰撞更为频繁。这一情形就好比无数小溪撞击汇成大河时的情形一样,类似地,云系间的碰撞可以产生更强的暴雨,研究人员说。

因此,新的研究结果否定了传统的全球气候模型中将对流云视为相互独立的个体的观点。

对温度敏感的雨云

以往的研究中,研究人员发现,一般在温带地区夏季出现的特大雷阵雨对温度的敏感性比预期的要高。

他们还发现,温度上升时,这些高层云的变换方式就与分布在广阔区域的云朵的变换方式很不一样,但他们还无法只根据这些测量值就确定降雨量增加的主要原因。

“根据新模型的计算,我们对那些可能会导致严重水灾的常在温带地区出现的雷暴雨有了更好的了解,” 简·欧·赫特说道。

翻译:赵欢
校对:dzmark7
文章来源:
https://scienceblog.com/487492/r ... rmation-rainstorms/

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