Os polígonos são muito difundidos na natureza:a lama seca pode rachar em blocos de muitos lados, e as abelhas moldam o favo de mel regular, células de seis lados. Os hexágonos também aparecem em grandes camadas de nuvens em partes dos oceanos da Terra, e agora uma equipe de pesquisadores usou uma abordagem de rede para analisar o porquê. Seu trabalho promete ajudar os cientistas a encontrar descrições mais precisas de nuvens em modelos computacionais de tempo e mudanças climáticas.
Grandes plataformas de nuvens estratocúmulos se auto-organizam em padrões semelhantes a favo de mel. "Esses tipos de nuvens resfriam o planeta refletindo a radiação solar, mas sua descrição em modelos climáticos ainda é um tanto grosseira", disse a autora principal Franziska Glassmeier. Ela descobriu que poderia usar um modelo matemático relativamente simples para recriar os padrões de nuvem, que são moldados na natureza por uma interação complexa de processos físicos.
O novo jornal, co-autoria do cientista da NOAA e CIRES Fellow Graham Feingold, é publicado hoje na revista Proceedings of the National Academy of Sciences . O trabalho foi apoiado em parte pelo Programa de Pesquisa Inovadora do CIRES.
Desde as primeiras imagens de satélite no início dos anos 60, os cientistas reconheceram que as nuvens estratocúmulos - semelhantes a um tapete, nuvens baixas geralmente cobrem grandes seções de oceanos subtropicais - parecem favos de mel imperfeitos. Às vezes, as células são "fechadas, "com áreas turvas nas células rodeadas por anéis sem nuvens; e às vezes eles estão" abertos, "com células livres de nuvens rodeadas por anéis turvos. O padrão muda constantemente conforme as células emergem, desaparecer, e reorganizar.
Os pesquisadores executaram simulações altamente detalhadas de nuvens para capturar os movimentos precisos do ar que criam esses padrões:em geral, onde o ar sobe cria regiões nubladas, e onde desce, formam-se regiões sem nuvens. Eles então aplicaram uma técnica matemática chamada tesselação de Voronoi para traduzir os movimentos do ar em uma rede de ladrilhos poligonais. O modelo matemático simples desenvolvido por Glassmeier e Feingold recria esse padrão. "É como criar um mosaico dinâmico com regras específicas que permitem substituir diferentes patches por um novo conjunto de blocos repetidamente", Glassmeier explica. Seu modelo oferece uma explicação fundamental para a estrutura e a dinâmica de impressionantes plataformas de nuvens de estratocumulus.
E talvez mais importante, a técnica de análise de rede pode ajudar a produzir nuvens mais precisas em modelos de computador. “As nuvens ainda representam uma incerteza significativa em nossas projeções climáticas”, disse Feingold. "Nossa esperança é que esta nova abordagem de rede celular leve a novas maneiras de olhar para o problema de parametrização da nuvem".
