Iss, Beute, Regen

Iss, Beute, Regen

Video: Unwetter: Die unterschätzte Gefahr durch Starkregen | Doku | NDR | 45 Min (March 2020).

Anonim

vom Weizmann Institute of Science

Was haben eine Gazellenherde und eine flauschige Wolkenmasse gemeinsam? Eine mathematische Formel, die die Populationsdynamik von Beutetieren wie Gazellen und ihren Raubtieren beschreibt, wurde verwendet, um die Beziehung zwischen Wolkensystemen, Regen und winzigen schwimmenden Partikeln, die als Aerosole bezeichnet werden, zu modellieren. Dieses Modell kann Klimaforschern helfen, unter anderem zu verstehen, wie vom Menschen erzeugte Aerosole das Niederschlagsmuster beeinflussen. Die Forschung erschien kürzlich in den Proceedings der National Academy of Sciences ( PNAS ).

Wolken tragen wesentlich zum Klimasystem bei. Insbesondere die flachen marinen Stratocumuluswolken, die riesige Wolkendecks über den subtropischen Ozeanen bilden, kühlen die Atmosphäre, indem sie einen Teil der einfallenden Sonnenenergie zurück in den Weltraum reflektieren. Drs. Ilan Koren von der Abteilung für Umweltwissenschaften und Energieforschung des Weizmann-Instituts (Fakultät für Chemie) und Graham Feingold vom NOAA Earth System Research Laboratory, Colorado, stellten fest, dass Gleichungen zur Modellierung von Raubtier-Zyklen in der Tierwelt eine nützliche Analogie für die Wolkenforschung sind. regen zyklen: So wie sich die jeweilige Raub- und Beutepopulation auf Kosten des anderen ausdehnt und zusammenzieht, so zersetzt auch der Regen die Wolken, die wieder wachsen, sobald der Regen ausgeht. Und genau wie die Verfügbarkeit von Gras die Herdengröße beeinflusst, beeinflusst die relative Menge an Aerosolen, die die Wolken "füttern", wenn Tröpfchen um sie herum kondensieren, die Formen dieser Wolken. Ein größerer Vorrat an Partikeln in der Luft führt zu mehr Tröpfchen. Diese Tröpfchen sind jedoch kleiner und verbleiben daher hoch oben in der Wolke, anstatt als Regen zu fallen.

In früheren Forschungen hatten Feingold und Koren gezoomt, um Schwingungen in konvektiven Zellen des marinen Stratocumulus zu entdecken. Nun kehrten sie zu ihren Daten zurück, aber von oben nach unten, um zu sehen, ob eine verallgemeinerte Formel etwas über diese Systeme aussagen könnte. Unter Verwendung von nur drei einfachen Gleichungen entwickelten sie ein Modell, das zeigt, dass die Wolken-Regen-Dynamik drei bekannte Raubtier-Beutemodi nachahmt. Wie Gazellen und Löwen können die beiden gleichzeitig oszillieren, der "Predator" -Regenzyklus folgt einem Schritt hinter der höchsten Wolkenbildung. Oder die beiden können eine Art Gleichgewichtszustand erreichen, in dem sich die Wolken mit der gleichen Geschwindigkeit auffüllen, mit der sie sich verringern (wie bei einem leichten, gleichmäßigen Nieselregen). Die dritte Option ist Chaos - der Absturz, der auftritt, wenn Raubtierpopulationen außer Kontrolle geraten oder ein starker Regen das Wolkensystem zerstört.

Das Modell zeigt, dass das System bei sich ändernden Aerosolmengen abrupt von einem Zustand in einen anderen wechseln kann. Es zeigt sich auch eine Gabelung - zwei Szenarien an verschiedenen Enden der Aerosolskala, die sich für stabile Muster eignen. Zum einen führen relativ niedrige Aerosolwerte zu Wolken, deren Entwicklung stark von der Aerosolkonzentration abhängt. Im zweiten Fall erzeugen hohe Pegel eine Sättigung. Diese Wolken hängen ausschließlich von den ursprünglichen Umgebungsbedingungen ab.

Mit diesem so genannten Systemansatz, so Koren, "können neue Fenster geöffnet werden, um das entstehende Verhalten der komplexen Beziehungen zwischen Wolken, Regen und Aerosolen zu sehen und zu verstehen. Dadurch erhalten wir einen besseren Überblick über das Gesamtbild und können besser nachvollziehen, wie Eine Verschiebung des Aerosolspiegels kann zu unterschiedlichen Klimamustern führen. "