Անձրևների կանխատեսումները կդառնան առավել ճշգրիտ

Տասնամյակների ընթացքում գիտնականները փորձել են հասկանալ իրադարձությունների բարդ և առեղծվածային հաջորդականությունը, որոնք թույլ են տալիս ամպերի մեջ գտնվող փոքրիկ կաթիլներին ամպի ներսում դառնալ առավել մեծ, որպեսզի թափվեն ցած։ Այդ գործընթացի առավել խորն ընկալումն ունի որոշիչ նշանակություն եղանակի և կլիմայի համակարգչային մոդելավորման բարելավման համար, որն էլ իր հերթին հանգեցնում է ավելի ճշգրիտ կանխատեսումների։

​ԱՄՆ Ազգային գիտական հիմնադրամի Մթնոլորտային հետազոտությունների ազգային կենտրոնի գիտնականներից բաղկացած գիտահետազոտական խումբը (NSF NCAR) հայտնաբերել է, որ կաթիլի մեծացման և անձրևի առաջացման գործում առանցքային դեր է կատարում ամպերի ներսում օդային հոսանքների տուրբուլենտ շարժումները: ՆԱՍԱ-ի դաշտային արշավի ժամանակ հետազոտողները օգտագործել են առաջադեմ համակարգչային մոդելավորում` կույտավոր ամպերի ներսում գտնվող կաթիլների մանրակրկիտ հետազոտությունների համար: Այն թույլ է տվել հետազոտողներին հետևել տուրբուլենտության ազդեցությունը նոր ձևավորվող կաթիլների վրա, որոնք ի վերջո միավորվում են, դառնալով անձրևի կաթիլ։ Արդյունքում, պարզ դարձավ, որ կաթիլների միաձուլման վրա տուրբուլենտային ազդեցությունն ունի որոշիչ նշանակություն՝ կաթիլների չափսերի փոփոխությունների և անձրևի առաջացման վրա: Կույտավոր ամպերի ներսի տուրբուլենտությունը զգալիորեն արագացնում է տեղումների թափվելու գործընթացը և հանգեցնում նրանց առավել մեծ քանակությանը։ 

Հետազոտողները հայտնաբերեցին նաև, որ համակարգչային մոդելավորման դեպքում, որտեղ առկա է տուրբուլենտություն, անձրև առաջանում է մոտավորապես 20 րոպե շուտ, քան այն համակարգչային մոդելավորման դեպքում, որտեղ տուրբուլենտությունը բացակայում է։ Տուրբուլենտություն ներառող մոդելավորման պարագայում անձրևաջրերի զանգվածը յոթն անգամ ավելի մեծ էր։ Հետազոտությունը հրատարակվել էր «Գիտությունների ազգային ակադեմիայի գիտական տեղեկագրեր» ամսագրում։

Հիշեցնենք, որ անձրևի առաջացման գործընթացը սկսվում է, երբ ամպերի ներսում ջրի փոքր կաթիլները խտանում են փոշու, աղի կամ այլ նյութերի մասնիկների շուրջ, որոնք կոչվում են ամպերի խտացման միջուկներ։ Երբ միլիոնավոր կաթիլներ բախվում են միմյանց հետ, նրանք միավորվում են՝ դառնալով ավելի խոշոր կաթիլների, որոնք էլ ի վերջո դառնում են բավականին ծանր, որպեսզի ամպից թափվեն։ Անձրևային կաթիլների առաջացումը կարող է տատանվել՝ կախված տարբեր պայմաններից, ինչպիսին են տարբեր չափի ամպի մեջ կաթիլների բաշխումը, ինչպես նաև այլ գործոններից, ինչպիսիք են տուրբուլենտ շարժումները և ամպի ներսում մասնիկների հատկությունները։

Եղանակային երևույթների և կլիմայական համակարգի համակարգչային մոդելավորման մեջ այդ գործընթացի ճիշտ ներկայացումն ունի կենսական նշանակություն՝ այդ մոդելների հուսալիությունը բարձրացնելու համար։ Ջրի կաթիլների միաձուլումը կարևոր է ոչ միայն տեղումների ճշգրիտ կանխատեսման համար, այլև լավ հասկանալու համար ամպերի զարգացումը։

Տեղումների թափվելու պատճառները պարզելու համար, գիտնականները դիմեցին 2019 թվականին NASA-ի դաշտային արշավի ընթացքում կույտաանձրևային ամպերի ներսում թռչող հետազոտական ինքնաթիռի կողմից իրականացրած կաթիլների ըստ չափսերի դասակարգմանը վերաբերող դիտարկումների օգնությանը։ Օգտագործելով մասնագիտացված համակարգչային մոդել՝ գիտահետազոտական խումբը մշակեց բարձր թույլատրելիությամբ մի շարք սիմուլյացիաներ, որպեսզի վերստեղծեն արշավի ժամանակ դիտված ամպային պայմանները, և տեսնեն թե ինչպես է տեղի ունենում կաթիլների միաձուլումը տարբեր տուրբուլենտային հոսքերի ժամանակ։

Մոդելավորման արդյունքները ցուցադրեցին տուրբուլենտության առանցքային դերը տեղումների սկսվելու ժամանակահատվածի սահմանման և քանակի որոշման մեջ։ Նրանք, նաև ցույց տվեցին, որ խտացման խոշոր միջուկների առկայությունը, որն եղել է անձրևի առաջացման որոշ տեսությունների ուշադրության կենտրոնում, չի կարող բացատրել կաթիլների զարգացումը և դիտարկվող չափերը։ Խտացման մեծ միջուկներով և քիչ տուրբուլենտությամբ մոդելավորումների մեջ կաթիլների միաձուլումը կատարվում էր ավելի դանդաղ և հանգեցնում էր քիչ քանակությամբ տեղումների։ 

Տեղումների առաջացումն ունի հիմնարար նշանակություն ամպերի, եղանակի և ողջ կլիմայական համակարգի համար։ Այս գործընթացի առավել լավ իմացությունը կարող է օգնել զգալի բարելավումներ կատարել համակարգչային մոդելների, և, ի վերջո, եղանակի և կլիմայի կանխատեսումների մեջ, որոնք կօգնեն պաշտպանել հասարակությունը։