_ Oamenii de știință demonstrează rezoluție lidar vede zona de naștere a picăturilor de nor, o prima observație la distanță

O echipă condusă de oameni de știință atmosferici de la Laboratorul Național Brookhaven al Departamentului Energiei din SUA a demonstrat primele observații la distanță la scară fină structura de la baza norilor. Rezultatele, publicate tocmai în npj Climate and Atmospheric Science, arată că interfața aer-nor nu este o graniță perfectă, ci mai degrabă este o zonă de tranziție în care particulele de aerosoli suspendate în atmosfera Pământului dau naștere picăturilor care în cele din urmă formează nori.

„Suntem interesați de această „zonă de activare a picăturilor”, unde majoritatea picăturilor de nor se formează inițial la baza norilor, deoarece numărul de picături formate acolo va afecta etapele și proprietățile ulterioare ale norului, inclusiv cât de multă lumină solară. un nor reflectă și probabilitatea de precipitații”, a spus cercetătorul din Brookhaven, Fan Yang, primul autor al lucrării.

„Dacă există mai mulți aerosoli în atmosferă, norii tind să aibă mai multe picături, dar picăturile vor fi fiecare mai mici, ceea ce înseamnă că pot reflecta mai multă lumina solară”, a spus Yang. „Acest lucru ar putea ajuta la răcirea Pământului care se încălzește”, a menționat el.

Dar pentru a prezice cu exactitate impactul acestor interacțiuni aerosoli-nori asupra sistemului climatic, oamenii de știință au nevoie de o modalitate de a măsura concentrațiile numărului de picături de nori – fără trebuind să zboare în mulți nori pentru a colecta probe.

„Aceasta rămâne una dintre cele mai mari provocări în domeniul nostru”, a spus Yang.

Noile măsurători și metode de teledetecție oferă o modalitate nouă de a estima concentrația picăturilor, care va permite oamenilor de știință să obțină o perspectivă asupra modului în care modificările nivelurilor de aerosoli atmosferici ar putea afecta norii și clima.

Lidarii atmosferici — care trimit fascicule laser în atmosferă și măsoară semnalele. de lumină retroîmprăștiată de molecule, aerosoli și picături de nor din atmosferă – au fost utilizate pe scară largă pentru a măsura distanța până la baza norilor. Dar lidarii tradiționali nu pot rezolva structuri detaliate în baza norilor, deoarece au de obicei o rezoluție de 10 metri sau mai mult.

„Zece metri este ca înălțimea unei clădiri”, a spus Yang, remarcând capacitatea. de această scară pentru a detecta obiecte mari. „Dar pentru a ști câte etaje sau ferestre are clădirea respectivă, ai avea nevoie de o rezoluție mult mai fină.”

Pentru a vedea detalii în baza de cloud, echipa Brookhaven a lucrat cu colegii de la Stevens Institute of Technology (SIT). ) și Raymetrics S.A. pentru a construi un nou tip de lidar. Dispozitivul lor, descris într-o publicație anterioară, este un lidar de numărare a unui singur foton (T2 lidar) cu o rezoluție de până la 10 centimetri. Aceasta este o rezoluție cu două ordine de mărime mai mare decât lidarurile atmosferice tradiționale.

„Cu o rezoluție atât de mare, observațiile lidar T2 dezvăluie zona de tranziție în care particulele de aerosoli absorb vaporii de apă pentru a fi transformate în picături de nor”, ​​a spus Yang. .

„Am folosit observațiile noastre fără precedent la scară fină T2 ale regiunii de bază a norilor pentru a dezvolta un model teoretic pentru a estima concentrația picăturilor de nor pe baza semnalelor de retrodifuziune măsurate de T2”, a adăugat el.

p>O caracteristică unică a lidarului T2 este aplicarea tehnicii de temporizare – forțând detectorul să-și deschidă „ochiul” pentru a efectua măsurători într-o fereastră de observație îngustă din atmosferă.

„De data aceasta. Gateing ne permite să „privim” o anumită regiune de interes din nor. Aceasta este diferită de un lidar convențional, unde „ochiul” lidarului este în general deschis, fiind gata să capteze fotoni împrăștiați în spate aproape tot timpul”, a spus Yang. a spus.

Prin setarea intervalului de timp dintre pulsul laser al lidarului T2 și deschiderea ochiului la diferite intervale de timp, oamenii de știință pot preleva semnale în diferite regiuni prin nor.

Dispozitivul are, de asemenea, o rată de repetiție foarte mare, declanșând 20.000 de impulsuri laser pe secundă.

„Putem afla despre proprietățile norului din modul în care semnalele împrăștiate înapoi sunt distribuite în cadrul observațional. fereastră”, a spus Yang.

Pentru a face tehnica cu adevărat utilă pentru măsurători precise de la distanță în lumea reală, lidarul T2 va trebui să fie calibrat corespunzător. Adică, oamenii de știință trebuie să înțeleagă pe deplin modul în care semnalele luminoase măsurate se potrivesc cu proprietățile norului din lumea reală, astfel încât să poată ajusta algoritmii de calcul pe care i-au scris pentru a lega unul cu celălalt.

Tradițional. Măsurătorile lidar ale norilor atmosferici sunt uneori verificate încrucișat și calibrate prin zburarea unei aeronave prin nori pentru a captura mostre de picături. Oamenii de știință încearcă să calibreze citirile lidar cu proprietățile „adevărate” ale picăturilor de la măsurătorile in-situ ale aeronavei.

„Problema este că teledetecția și măsurătorile in-situ nu sunt, de obicei, co-locate, ", a spus Yang. Adică, este foarte puțin probabil ca un lidar orientat în sus cu o rezoluție grosieră și un avion care zboară orizontal pentru a colecta un flux de probă subțire să culeagă date în aceeași parte a norului în același timp.

Pentru a îmbunătăți. În această situație, echipa Brookhaven și SIT utilizează o tehnică similară cu cea folosită în lidarul T2 pentru a construi un lidar cu o rezoluție și mai fină - până la un centimetru. Folosind acest lidar de rezoluție mai mare pentru a face observații într-o cameră cu nori de laborator, aceștia vor putea potrivi semnalele de retrodifuzare cu măsurători in situ ale proprietăților fizice ale norilor, efectuate în același timp și în aceeași locație.

„Apoi putem scoate lidarul înapoi în atmosfera reală și să fim mai încrezători în modul în care măsurătorile noastre lidar se raportează la proprietățile norului, cum ar fi numărul picăturilor, concentrația și distribuția”, a spus Yang.

p> „Acesta este doar un început”, a remarcat Yang. „Studiul nostru evidențiază beneficiile aplicării tehnologiilor avansate pentru a observa norii atmosferici la scară submetrică, ceea ce poate deschide noi căi pentru a îmbunătăți înțelegerea proprietăților și proceselor microfizice ale norilor, care sunt cruciale pentru vreme și climă.”

(Fluierul)