Wolken sind nicht nur ein faszinierendes Schauspiel am Himmel, sondern spielen auch eine entscheidende Rolle in der atmosphärischen Dynamik der Erde. Unter den vielen Wolkenarten stechen Cumuluswolken aufgrund ihrer zentralen Rolle bei der Regulierung von Wettermustern und Klima hervor. Einer der grundlegenden Prozesse, die die Entwicklung von Kumuluswolken prägen, ist die Mitnahmevermischung, bei der die umgebende Luft mit der Wolke interagiert und so deren Wachstum und Eigenschaften beeinflusst.
Die genaue Quantifizierung der Entrainment-Rate ist der Schlüssel zu einem besseren Verständnis des Wolkenverhaltens und letztendlich zur Verbesserung von Wetter- und Klimamodellen.
Eine aktuelle Studie, veröffentlicht in Fortschritte in den Atmosphärenwissenschaftenhat einen bedeutenden Schritt nach vorn bei der Aufklärung der Komplexität der Mitnahmemischung innerhalb von Kumuluswolken gemacht. Diese Forschung stellt einen innovativen Ansatz vor, eine verbesserte „Bulk-Plume-Methode“, die die Herausforderung der Berechnung der Entrainment-Rate durch gleichzeitiges Lösen von Gleichungen für zwei konservierte Variablen angeht.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden verspricht dieser Ansatz eine höhere Zuverlässigkeit und Präzision bei der Schätzung der Entrainment-Rate im Rahmen von Large-Eddy-Simulationen.
Die Ergebnisse dieser Studie liefern überzeugende Beweise für die Wirksamkeit der verbesserten Bulk-Plume-Methode. Die berechneten Entrainment-Raten liegen im Bereich der Werte, die mit einer herkömmlichen Methode erhalten wurden, die verschiedene konservierte Variablen verwendet. Bemerkenswert ist, dass die aus verschiedenen Zeiten und Höhen der Kumuluswolke erhaltenen Entrainment-Raten ein konsistentes logarithmisches Normalverteilungsmuster aufweisen, was die stochastische Natur des Entrainment-Prozesses bestätigt.
Ein bemerkenswertes Ergebnis dieser Forschung ist die herausragende Rolle der Vertikalgeschwindigkeit bei der Beeinflussung der Mitnahmerate. Die Studie hebt hervor, dass die Beziehung zwischen der Mitnahmerate und der Vertikalgeschwindigkeit die anderer thermodynamischer oder dynamischer Eigenschaften übertrifft. Diese Entdeckung unterstreicht das Potenzial der Vertikalgeschwindigkeit als Hauptfaktor für die Verfeinerung zukünftiger Parametrisierungen der Entrainment-Rate. Durch die Identifizierung dieses wichtigen Einflussfaktors bietet die Studie wertvolle Erkenntnisse zur Verbesserung der Genauigkeit von Cloud-Modellen und -Vorhersagen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Studie, die gemeinsam von der Nanjing University of Information Science and Technology, dem Nanjing Joint Institute for Atmospheric Sciences, der Civil Aviation Flight University of China, der Lanzhou University und der Hong Kong Baptist University durchgeführt wurde, unser Verständnis der Mechanismen der Mitnahme vertieft liegen der Entwicklung der Cumulus-Wolke zugrunde.
Die Einführung der verbesserten Bulk-Plume-Methode bietet eine zuverlässigere Methode zur Bestimmung der Entrainment-Rate und schließt eine entscheidende Lücke in den Wetter- und Klimamodellen. Die beobachtete Korrelation zwischen der Entrainment-Rate und der Vertikalgeschwindigkeit wirft ein neues Licht auf die Feinheiten der Wolkendynamik und ebnet den Weg für verfeinerte Parametrisierungen in Modellen.
Während wir unser Verständnis von Wolken weiter verfeinern, kommen wir genaueren Wettervorhersagen und fundierteren Klimavorhersagen einen Schritt näher und betonen die entscheidende Bedeutung solcher Studien für die Gestaltung unseres Verständnisses der Komplexität der Erdatmosphäre.
Mehr Informationen:
Lei Zhu et al., Die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion im Zusammenhang mit der Shallow Cumulus Entrainment Rate und ihren Einflussfaktoren in einer Large-Eddy-Simulation, Fortschritte in den Atmosphärenwissenschaften (2023). DOI: 10.1007/s00376-023-2357-6