تحقیق علمی: فناوری لیدار جدید، رازهای ناشناخته بالای ابرها را فاش کرد

در آزمایشگاه ملی بروکهیون (BNL) در شهر نیویورک، پژوهشگران نوعی لیدار (LiDAR) جدید توسعه داده‌اند که با فناوری لیزر می‌تواند جزئیات دقیق ساختار ابرها را با وضوح 100 تا 1000 برابر بهتر از ابزارهای متداول بررسی کند. آنها در مطالعه خود جزئیات جالبی از دستاورد این ابزار ارائه کرده‌اند.

دانشمندان در مطالعه خود برای اولین‌بار موفق شده‌اند تا تفاوت بین ساختارهای آب در بالای ابر و داخل آن را توصیف کنند. این داده‌ها به پژوهشگران کمک می‌کنند تا بهتر متوجه شوند که ابرها چگونه تکامل پیدا می‌کنند و باعث بارش می‌شوند.

به گفته پژوهشگران، لیدار جدید تصاویری با «وضوح فوق‌العاده بالا» از ساختار ابرها فراهم می‌کند. این سیستم حتی فوتون‌هایی (ذرات بی‌جرم حامل نور) که بسیار سریع از ابر خارج می‌شوند را تشخیص می‌دهد. سپس یک الگوریتم اختصاصی، این سیگنال‌ها را به پروفایل‌هایی از ساختار ابر تبدیل می‌کند.

برای آزمایش آن از یک اتاقک ابر استفاده شده که امکان ساخت ابر در شرایط کنترل‌شده دما و رطوبت را فراهم می‌کند. این محیط کمک کرده که پژوهشگران فیزیک دقیق نحوه توزیع قطرات آب را در بخش‌های مختلف ابر ثبت کنند.

ساختار متفاوت بالا و داخل ابر

اندازه‌گیری‌های صورت گرفته توسط این فناوری لیدار نشان داده که نحوه توزیع قطرات آب در بالای ابر بسیار متغیر است، درحالی که در داخل ابرها، این فرایند یکنواخت‌تر انجام می‌شود.

پژوهشگران توضیح داده‌اند که این پدیده به دو فرایند «ورود هوای خشک» (Entrainment) و «رسوب‌گذاری» (Sedimentation) مربوط است. در بالای ابر، ورود هوای خشک از بالا باعث لکه‌لکه شدن توزیع قطرات می‌شود و قطرات سنگین‌تر سریع‌تر به عمق ابر فرو می‌روند. در مقابل، داخل ابر به دلیل آشفتگی که وجود دارد، قطرات به‌سرعت با هم مخلوط می‌شوند و یکنواختی شکل می‌گیرد، درحالی که در بالای ابر، آشفتگی بسیار کمتر است و تنها قطرات کوچک معلق می‌مانند.

«فان یانگ»، نویسنده اصلی مقاله، می‌گوید این ابزار «در عمل، مثل میکروسکوپی برای ابرها است». او می‌گوید:

«خیلی از مدل‌های جوی، رسوب قطرات را نادیده می‌گیرند یا برای همه اندازه‌ها فقط یک سرعت سقوط در نظر می‌گیرند. این ساده‌سازی داخل ابر قابل قبول است، اما نزدیک بالای ابر جواب نمی‌دهد.»

پژوهشگران امیدوار هستند که این LiDAR در آینده برای اندازه‌گیری مستقیم ابرهای واقعیِ جو و بهبود مدل‌ها استفاده شود؛ هرچند تأکید می‌کنند اتاقک ابر مورد استفاده در این آزمایش هنوز نمی‌تواند دنیای واقعی را به‌طور کامل بازنمایی کند.

نتایج این تحقیق در نشریه PNAS منتشر شده است.