科学家最近揭开了一个长期以来的谜团，揭示了云内湍流空气运动在水滴生长和降雨开始中的作用。这项研究有可能改进计算机模型对天气和气候的模拟，从而提高预测的准确性。
多年来，研究人员一直在努力解开允许云中微小水滴生长到足够大以落下为雨的复杂过程。深入了解这一现象，也被称为“降雨形成瓶颈”，对于增强天气和气候的计算机模拟至关重要，从而导致更准确的天气预报。
在这项研究中，由美国国家科学基金会大气研究国家中心（NSF NCAR）的专家领导的团队发现，云内的湍流气流对水滴的生长和降雨的触发至关重要。
科学家们利用先进的计算机建模以及在NASA实地研究期间收集的积云中水滴的详细观察数据。这项技术帮助他们分析了湍流如何影响新生水滴，这些水滴最终合并形成雨滴。
NSF NCAR的科学家和主要作者卡马尔·康特·钱德拉卡尔解释说：“我们的研究表明，湍流对水滴合并的影响对水滴大小的发展和降雨的开始至关重要。” “积云中的湍流条件显著加速降雨，并导致降雨量大大增加。”
研究人员发现，与不包含湍流的计算机模拟相比，包含湍流的模拟中降雨开始的时间大约提前了20分钟。此外，湍流模拟中的降雨量是非湍流模拟的七倍以上。
这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上，并得到了NASA、美国能源部和NSF的支持。
从微小水滴到降雨的旅程
降雨开始时，云中的小水滴围绕微小颗粒（如尘埃、盐或其他材料）凝结，这些颗粒被称为云凝结核（CCN）。当数百万个水滴发生碰撞时，它们合并成较大的水滴，最终变得足够重而从云中降落。
雨滴的形成可能受到多种因素的影响，包括云水滴的大小分布、湍流运动以及云中存在的颗粒特性。
准确建模这个过程在天气和气候的计算机模拟中至关重要，以增强这些预测的可靠性。水滴的合并不仅在准确预测降雨方面发挥着重要作用，还在理解云的演变及其反射热量返回太空的能力方面至关重要，从而影响全球温度。
为了研究降雨的启动，钱德拉卡尔及其团队分析了在2019年NASA实地考察期间收集的水滴大小分布数据，该考察被称为云、气溶胶和季风过程菲律宾实验（CAMP2Ex）。
使用专业计算机模型，他们创建了一系列高分辨率的模拟，以复制在考察期间记录的云条件，examining了水滴在不同湍流流动下的合并情况。
模拟突显了湍流对降雨时机和总体降雨量的重大影响。它们还显示，曾在一些降雨形成理论中得到强调的大云凝结核（CCN）无法单独解释观察到的水滴大小和行为。在具有大CCN但湍流最小的场景中，水滴的合并速度较慢，产生的雨量较少。
钱德拉卡尔指出：“降雨的生成对于云、天气和更广泛的气候系统的动力学至关重要。更好地理解这一过程可以为我们计算机模型的显著增强提供路径，从而提高天气预测和气候预测的准确性，进而有助于社会保护。”
