Климатологи из НАСА впервые создали точную математическую модель того, как тает одиночная снежинка, и воспроизвели этот процесс в компьютерной модели, говорится в статье, опубликованной в журнале JGR: Atmospheres.
«Если посмотреть на снегопад или град при помощи радара, то можно заметить необычную яркую полосу на той высоте, где снежинки начинают массово таять. Мы не знали, как возникает этот слой, и среди теоретиков давно бушуют споры насчет причин его существования», рассказывает Юсси Лейонен (Jussi Leinonen), климатолог из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене (США).
Многие объекты окружающего мира, в том числе снежинки, облака, «ведьмины круги» в лесах и в африканских саваннах, то, как завиваются усы огурцов, формируются извилины на поверхности мозга и кишечник укладывается в петли, выглядят сложно, но при этом их можно описать при помощи достаточно простых математических формул.
Несмотря на простоту устройства, снежинки, как рассказывает Лейонен, создают массу проблем для ученых, занимающихся предсказанием погоды и оценкой того, как различные виды осадков влияют на поведение радиоволн, климата планеты и других сложных объектов. К примеру, вода и лед по-разному взаимодействуют с радиоволнами, и поэтому мокрый и сухой снег будут создавать разные виды помех на радарах.
Ученые давно пытались объяснить их существование, однако этому мешало то, что у них не было точной математической модели, реалистично описывающей то, как тают отдельные снежинки и как образуется мокрый снег.
Климатологи НАСА смогли решить эту проблему, представив саму снежинку и микроскопические капли воды, рождающиеся на ее поверхности, в виде набора из мельчайших частиц, особым образом взаимодействующих между собой. Эти взаимодействия проявляются в том, что свойства этих частиц сильно зависят от того, как устроено их ближайшее окружение.
Подобный подход, как объясняет Лейонен, позволяет достаточно точно имитировать движение жидкостей по сложным поверхностям, таким как снежинки, и следить за тем, как взаимодействие талой и замороженной воды будет менять их форму.
Используя эти принципы, авторы статьи смогли воспроизвести все ключевые стадии таяния снежинки, которые можно увидеть в природе накопление воды в ямках на ее поверхности, образование «кокона» из жидкости вокруг ее ядра и окончательное превращение в каплю влаги.
Как надеются Лейонен и его коллеги, эта модель поможет им понять, почему разные виды снега порождают иные помехи на экранах радаров, и использовать эти различия для наблюдений за состоянием снежного покрова и полярных ледовых шапок. Вдобавок, их дальнейшее изучение поможет улучшить качество связи во время непогоды, и защитить пассажиров авиалайнеров от неожиданных «приключений» в воздухе.