As gotículas de água se aglomeram dentro das nuvens? Os pesquisadores confirmam duas décadas de teoria com um instrumento de imagem aerotransportado.

Como gotas de chuva caindo pelas janelas do seu carro enquanto você dirige em uma tempestade, gotículas de água nas nuvens viajam em linhas de fluxo de ar - seguindo correntes de ar geralmente sem se tocar. Contudo, o ar dentro das nuvens tende a ser turbulento, como qualquer piloto nervoso pode atestar, e o ar turbulento em redemoinho faz com que as gotículas se agrupem.

Por 20 anos, cientistas atmosféricos conjeturaram que as gotículas de água realmente se aglomeram dentro das nuvens, em grande parte devido ao conhecimento de que fluxos de ar turbulentos estão cheios de vórtices giratórios que misturam bem os fluidos. Mas as nuvens rodopiam em escalas tão vastas, persistiam as dúvidas se a turbulência simulada por computador ou gerada em laboratório poderia ser traduzida para a atmosfera. Uma equipe de pesquisadores da ciência atmosférica levou instrumentos para a própria atmosfera, e confirmaram que as gotas de água realmente se aglomeram dentro das nuvens.

O artigo, "Agrupamento de gotículas em escala fina em nuvens atmosféricas:função de distribuição radial 3-D da holografia digital aerotransportada, "foi publicado em novembro na revista Cartas de revisão física .

Para fazer essa determinação, os pesquisadores levaram seus experimentos para o céu, usando um instrumento holográfico aerotransportado conhecido como HOLODEC, abreviação de detector holográfico para nuvens. O instrumento é fixado sob a asa da aeronave da Plataforma Aerotransportada Instrumentada de Alto Desempenho da Gulfstream-V para Pesquisa Ambiental operada pelo Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica (NCAR) e pela Fundação Nacional de Ciência (NSF). O HOLODEC se assemelha a uma garra, seus pinos podem gravar imagens tridimensionais para capturar a forma, tamanho e posição espacial de tudo o que passa entre eles.

"O sinal de agrupamento que observamos é muito pequeno, então, como é frequentemente o caso na ciência, uma análise cuidadosa teve que ser realizada para detectar um pequeno sinal e nos convencer de que era real, "disse Raymond Shaw, professor de física e diretor do programa de doutorado em ciências atmosféricas.

Extended Across the Sky

Susanne Glienke, que foi pesquisador de doutorado visitante na Michigan Technological University do Max-Planck Institute for Chemistry e da Johannes Gutenberg-University em Mainz, Alemanha, realizou a coleta de dados e a análise holográfica das imagens. Ela então passou a informação para Mike Larsen, professor associado do College of Charleston e ex-alunos da Michigan Tech, que observou como as gotículas se aglomeram ao calcular a probabilidade de encontrar duas gotículas espaçadas a uma distância específica em comparação com a probabilidade de encontrá-las à mesma distância em um ambiente distribuído aleatoriamente. Ele determinou que o agrupamento de gotículas se torna mais pronunciado em distâncias menores de partícula a partícula.

"Se as gotículas se aglomeram nas nuvens, eles são mais propensos a colidir, "Disse Glienke." As colisões aumentam a taxa de crescimento das gotas, e, portanto, pode diminuir o tempo necessário até o início da precipitação. "

Glienke observa que saber sobre agrupamento melhora o conhecimento geral das nuvens e pode levar a melhorias na previsão do comportamento das nuvens:Quando eles vão chover? Quanto tempo durarão as nuvens?

Adicionalmente, além de influenciar a chuva, o clustering também diminui o tempo de vida da nuvem. Se uma nuvem se dissipar mais rápido, tem uma influência menor no orçamento de radiação - e influencia o clima global, se muitas nuvens estiverem envolvidas.

O experimento exigiu uma amostra longa e contínua, voar o avião através de plataformas de nuvens estratocúmulos a uma altitude constante.

"Não tínhamos certeza se seríamos capazes de detectar um sinal, "Shaw disse." As nuvens que amostramos são fracamente turbulentas, mas têm a vantagem de se espalharem por centenas de quilômetros, para que pudéssemos amostrar e fazer a média por um longo tempo. "

As nuvens marinhas se comportam de maneira diferente das nuvens sobre a terra. Nuvens continentais normalmente têm gotículas menores, devido a núcleos de condensação de nuvem mais abundantes, que são necessários para condensar a água. Nuvens continentais, que são normalmente mais turbulentos, são mais propensos a ter gotículas agrupadas.

O céu é o limite

Como as nuvens examinadas no estudo não eram particularmente turbulentas, o que significava que uma distribuição aleatória de gotículas era mais provável, tornou a presença de gotículas agrupadas ainda mais importante.

"Estávamos animados e céticos ao mesmo tempo, quando vimos pela primeira vez um sinal emergir dos dados muito barulhentos, "Shaw disse." Foi preciso muita discussão e testes para se ter certeza de que o sinal era significativo e não um artefato instrumental.

Shaw observa que esta validação é importante para o campo da ciência atmosférica porque o sinal de agrupamento detectado é consistente com os conceitos desenvolvidos durante as últimas duas décadas, baseado em trabalho laboratorial e teórico.

“Em nuvens com turbulência mais intensa, o sinal de agrupamento pode ser muito mais forte, e pode influenciar a taxa na qual as gotas da nuvem colidem para formar gotas de garoa, "Shaw disse." Mas exatamente como isso acontece vai precisar de mais trabalho. "

A pesquisa mostra que ainda há muito a aprender sobre as nuvens e seus efeitos no planeta.