概念模型可以解释雷暴云是如何聚集在一起的

概念模型可以解释雷暴云是如何聚集在一起的

了解天气和气候变化是当今科学界最重要的挑战之一。哥本哈根大学尼尔斯玻尔研究所(Niels Bohr Institute, University of Copenhagen)副教授简•哈特(Jan Harter)的一项新的理论研究，提出了一种风暴云自聚集的新机制。研究人员使用了来自复杂性科学的方法，并将其应用于先前建立的关于雷暴云行为的气象学研究。

当太阳使海洋表面升温时，温暖潮湿的空气从海洋表面上升，形成高大的柱状雷暴云，其高度约为12公里，通常只有几公里宽。当这些云产生雨时，其中一些蒸发并冷却了云下的局部区域。这样，最初形成云的空气循环就会停止，云就会消散。如果是这么简单，这应该是雷雨云的终结。然而，云层下面的稠密空气需要与周围较稀薄的空气达到平衡:“冷空气密度更大，它会从云层中扩散开来。阵风锋可以与其他云的阵风锋发生碰撞。结果，空气上升，产生了新的云。这意味着有足够多的云的地区，更有可能引发更多的云。“云层较少的地区表现出云层的进一步减少。由于能量需要进入系统，而能量来自阳光，云团的大小是有限制的——所以我们对模型进行了限制。其结果是形成了云集群，其间有一些无云区域。在对热带海洋的观察中也可以看到这一点。”

建立模型纯粹是理论上的，但仍然能够解释一个现象。“这是一个理论论证，是对一种机制的建议，现在可以进行测试。雷暴云的聚集现象已经在现实世界中被观测到，但仍缺乏科学的解释。如果我们对比两个极端的情况，一个云被创建，它最终会关闭自己。然后统计力学说没有对流自聚集发生。将此模型与另一个模型(两个云创建另一个云)进行比较，可以发生聚合。这基本上就是理论模型所能做到的。”简·哈特继续说道:“这种自我组织非常有趣，可以发生在从生物学到磁学的一系列系统中。

热带气象学由于云层与太阳辐射的强烈相互作用，与气候变化有关。未来气候中更多的聚集可能会影响到海洋变暖的程度，相对于今天的速度。预测风暴云的聚集也可能影响丹麦的天气，丹麦最近发生的突发洪水、下水道和地下室被淹以及基础设施受损等事件，引发了人们对此类突发洪水成因的疑问。对云层如何相互作用的更深入的了解可以为此类洪水的发生提供新的线索