دانشمندان MIT مکانیسم جدیدی را کشف کرده‌اند که به‌موجب آن آئروسل‌ها می‌توانند در مناطق گرمسیری توفان‌های تندری را تشدید کنند. این محققان به‌تازگی مکانیزمی را شناسایی کرده‌اند که به‌وسیله آن، ذرات کوچک در جو می‌توانند توفان تندری بیشتری ایجاد کنند.
مشاهدات جو زمین نشان می‌دهد که توفان‌های تندری اغلب در حضور غلظت زیاد آئروسل‌ها که ذرات منتقل‌شده در هوا هستند و بسیار کوچک هستند که با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شوند، شدیدتر هستند. توفان تندری نوعی از آب‌و‌هوای آشفته است که ویژگی آن حضور آذرخش و اثر صوتی آن در جو زمین به نام تندر است.
به‌عنوان مثال، رعدوبرق در طول مسیرهای حمل‌ونقل یعنی جایی که باربرها ذرات معلق در هوا را منتشر می‌کنند، در مقایسه با اقیانوس اطراف بیشتر است و شدیدترین توفان‌های تندری در مناطق استوایی در خشکی پدیدار می‌شود، جایی که آئروسل‌ها توسط منابع طبیعی و فعالیت‌های انسانی افزایش می‌یابند.
در حالی که دانشمندان طی دهه‌ها ارتباط بین آئروسل و توفان‌های تندری را مشاهده کرده‌اند، دلیل این ارتباط به‌خوبی شناخته نشده است.
مکانیسم رطوبت – انتریمنت تغییر فعالت توفان تندری نسبت به تغییر سطح آئروسل را نشان می‌دهد
اکنون دانشمندان MIT مکانیسم جدیدی را کشف کرده‌اند که به‌وسیله آن ممکن است آئروسل‌ها در مناطق گرمسیری توفان‌های تندری را تشدید کنند. محققان با استفاده از شبیه‌سازی‌های ایده‌آل پویایی ابر، دریافتند که غلظت زیاد آئروسل‌ها می‌تواند با افزایش رطوبت در هوای اطراف ابرها فعالیت توفان‌های تندری را افزایش دهد
این مکانیسم جدید بین آئروسل‌ها و ابرها، که این تیم آن را «رطوبت – انتریمنت» نام‌گذاری کرده است، می‌تواند در مدل‌های آب‌وهوا و مدل‌های جهانی گنجانده شود تا به شما کمک کند که پیش‌بینی کنید چگونه فعالیت توفان تندری یک منطقه با تغییر سطح آئروسل متفاوت است.
تیم کرونین، استادیار علوم جوی در MIT گفته است:
ممکن است با پاک‌سازی آلودگی، مکان‌های مختلف توفان‌های تندری کمتری را تجربه کنند. به‌طور کلی، این مسیری را مشخص کرده است که انسان می‌تواند در آب‌وهوا تأثیر بیشتری داشته باشد و این موضوعی است که ما واقعاً در گذشته آن را درک نکرده بودیم.
کرونین و همکار وی یعنی تریستان آبوت که دانشجوی تحصیلات تکمیلی در گروه علوم زمین، جو و سیاره است، نتایج خود را در روز جمعه ۱۲ دی (۱ ژانویه ۲۰۲۱) در مجله Science منتشر کردند.
ابرها در یک محفظه
آئروسل هر مجموعه‌ای از ذرات ریز است که در هوا معلق است. آئروسل‌ها با فرآیندهای انسانی مانند سوزاندن زیست‌توده، و احتراق در کشتی‌ها، کارخانه‌ها و لوله‌های انتهایی اتومبیل و همچنین از پدیده‌های طبیعی مانند فوران آتشفشان، اسپری دریا و طوفان‌های گردوغبار ایجاد می‌شوند. در جو، آئروسل‌ها می‌توانند به‌عنوان دانه‌هایی برای تشکیل ابر عمل کنند. ذرات معلق به‌عنوان سطوح منتقل‌شده از هوا عمل می‌کنند که بخار آب اطراف آن‌ها می‌تواند متراکم شود و قطرات جداگانه‌ای را ایجاد کند که به‌صورت ابر تشکیل می‌شوند. قطرات درون ابر می‌توانند با هم برخورد کرده و با هم ادغام شوند و قطرات بزرگ‌تری تشکیل دهند که در نهایت به‌صورت باران می‌بارند.
اما هنگامی که آئروسل‌ها به‌شدت متمرکز شوند، بسیاری از ذرات ریز قطرات ابر به همان اندازه ریز تشکیل می‌دهند که به‌راحتی ادغام نمی‌شوند. اینکه چطور این ابرهای مملو از آئروسل مملو از رعدوبرق هستند، یک سؤال حل نشده است، گرچه دانشمندان چندین احتمال را مطرح کرده‌اند که کرونین و ابوت تصمیم گرفتند در شبیه‌سازی‌های ابر با وضوح بالا آزمایش کنند.
آن‌ها برای شبیه‌سازی‌های خود، از یک مدل ایده‌آل استفاده کردند که پویایی ابرها را در حجم نمایانگر جو زمین در یک میدان اقیانوس گرمسیری به عرض ۱۲۸ کیلومتر، شبیه‌سازی می‌کند. این محفظه به یک شبکه تقسیم شده است و دانشمندان می‌توانند مشاهده کنند که پارامترها مانند رطوبت نسبی در سلول‌های شبکه جداگانه تغییر می‌کنند زیرا شرایط خاصی را در مدل تنظیم می‌کنند.
ابرها در هوای پاک اطراف خود با سرعت بیشتری مخلوط می‌شوند
در این مورد، تیم مربوطه شبیه‌سازی ابرها را اجرا کردند و با افزایش غلظت قطرات آب در ابرها، اثرات افزایش غلظت آئروسل را نشان دادند. آن‌ها سپس فرآیندهای تصور شده برای ایجاد دو مکانیزم پیشنهادی قبلی را سرکوب کردند تا ببینند که آیا توفان‌های تندری هنگامی که غلظت آئروسل را نشان می‌دهند، هنوز هم افزایش می‌یابد.
هنگامی که این فرآیندها خاموش شدند، شبیه‌سازی هنوز توفان تندری شدیدتر با غلظت آئروسل بالاتر ایجاد می‌کرد.
ابوت در این باره گفته است:
این موضوع به ما گفت که این دو ایده پیشنهادی قبلی چیزی نبوده است که باعث ایجاد تغییر در همرفت در شبیه‌سازی‌های ما می‌شود.
به عبارت دیگر، سازوکار دیگری نیز باید در این امر دخیل باشد.
شبیه‌سازی تشکیل ابر در منطقه‌ای با غلظت آئروسل پایین
ویدیوی بالا، شبیه‌سازی یک روز تشکیل ابر در منطقه‌ای با غلظت آئروسل پایین را نشان می‌دهد. سطح رنگی نشان‌دهنده دمای هوا در سطح است. ارتفاع بسیاری از ابرها (به رنگ خاکستری) ۱۰ تا ۱۵ کیلومتر است که به ارتفاعات کروز بیشتر هواپیماها یا بالاتر از آن‌ها می‌رسد. اندازه این ابرهای شبیه‌سازی شده شبیه ابرهایی است که در مناطق گرمسیر دنیای واقعی توفان تندری ایجاد می‌کنند.
این تیم طبیعت مربوط به پویایی ابر را کاوش کردند و آزمایشات قبلی را پیدا کردند که به رابطه بین دمای ابر و رطوبت هوای اطراف اشاره داشت. این مطالعات نشان داد که ابرها در هوای پاک اطراف خود با سرعت بیشتری مخلوط می‌شوند و مقداری از رطوبت آن‌ها تبخیر می‌شود و در نتیجه خود ابرها را خنک می‌کنند.
اگر هوای اطراف خشک باشد، می‌تواند رطوبت ابر را بیشتر جذب کرده و دمای داخلی آن را پایین بیاورد، به‌طوری که ابر، پر از هوای سرد، کندتر از جو عبور می‌کند. از طرف دیگر، اگر هوای اطراف نسبتاً مرطوب باشد، با تبخیر ابر گرم‌تر خواهد شد و با سرعت بیشتری بالا می‌رود و یک برآمدگی ایجاد می‌کند که می‌تواند به طوفان تبدیل شود.
کرونین و ابوت از خود پرسیدند که آیا این مکانیسم ممکن است در اثرات آئروسل‌ها بر توفان‌های تندری نقش مهمی را بازی کند.
اگر ابر حاوی ذرات آئروسل زیادی باشد که باران را سرکوب می‌کند، ممکن است بتواند آب بیشتری را به اطراف خود تبخیر کند. به‌نوبه خود، این موضوع می‌تواند رطوبت هوای اطراف را افزایش دهد و محیط مساعدتری برای تشکیل رگبار فراهم کند. بنابراین، این زنجیره از حوادث می‌تواند ارتباط آئروسل‌ها با فعالیت توفان تندری را توضیح دهد.
احتمال بارش باران در ابرهای کم ارتفاع و دارای غلظت آئروسل بالا کمتر است
آن‌ها ایده خود را با استفاده از همان شبیه‌سازی پویایی ابر آزمایش کردند، این بار به دلیل افزایش غلظت آئروسل در شبیه‌سازی، به دما و رطوبت نسبی هر سلول شبکه در ابر و اطراف آن اشاره کردند. غلظت‌هایی که آن‌ها تنظیم کردند از شرایط کم آئروسل مشابه مناطق دورافتاده بر روی اقیانوس، تا محیط‌های با آئروسل بالا مانند هوای نسبتاً آلوده در نزدیکی مناطق شهری بود.
آن‌ها دریافتند که ابرهای کم ارتفاع و غلظت آئروسل بالا احتمال باریدن باران کمتری دارند. در عوض، این ابرها با تبخیر آب به محیط اطراف خود، یک لایه مرطوب از هوا ایجاد می‌کنند که باعث می‌شود هوا سریعاً از طریق جو به‌عنوان تولیدات قوی و طوفان ساز، راحت بالا برود.
آبوت در این باره گفته است:
بعد از اینکه این لایه مرطوب را در جو نسبتاً کم ایجاد کردید، انتریمنت هوای گرم و مرطوبی به وجود می‌آید که می‌تواند به‌عنوان یک بذر برای توفان تندری عمل کند. این انتریمنت برای صعود به ارتفاعات ۱۰ تا ۱۵ کیلومتری، یعنی عمق ابرهایی که باید رشد کنند تا به‌عنوان توفان تندری عمل کند، آسان‌تر خواهد بود.
به نظر می‌رسد این مکانیزم «رطوبت- انتریمنت» که در آن ابرهای مملو از آئروسل با هم مخلوط می‌شوند و رطوبت هوای اطراف را تغییر می‌دهند، حداقل یک توضیح در مورد چگونگی حرکت آئروسل‌ها برای تشکیل توفان تندری است. به‌ویژه در مناطق گرمسیری که هوا به‌طور کلی مرطوب است.
ابوت ادامه داد:
ما مکانیزم جدیدی ارائه داده‌ایم که باید به شما دلیلی برای پیش‌بینی توفان‌های تندری شدیدتر در مناطقی از جهان با مقدار زیادی آئروسل بدهد.
نظرات