云层水滴 化落成雨
最近德国哥廷根的马普动力学与自组织研究所的研究团队在小规模的大气模拟舱实验中观察到可能影响降雨的过程——落入模拟大气中的冷滴随后会产生许多小的微滴。在实际的云层中，小水滴可能会汇集成雨，或者随气流在别处产生新的水滴。...
大气科学家一直为突降暴雨的成因感到困惑。部分原因是真正的云层过于复杂，很难在实验室进行控制模拟。最近，德国哥廷根的马普动力学与自组织研究所Eberhard Bodenschatz 领导的研究团队在小规模的大气模拟舱实验中观察到可能影响降雨的过程——落入模拟大气中的冷滴随后会产生许多小的微滴。在实际的云层中，小水滴可能会汇集成雨，或者随气流在别处产生新的水滴。
天气与降雨用计算模拟或实验通常难以研究，因为大气的真实状态不易再现。因而，研究人员很大程度上依靠不太容易控制的野外测量。例如50 年前的一个实验，发现干冰颗粒落入云层可以诱发雨流和云层产生。但对这一效应的解释，即是否与普通降雨有关联，依然是一个未解之谜。
Eberhard Bodenschatz 团队制作的大气模拟舱由两层结构组成，舱内注入六氟化硫(SF6) 与氦气(He)组成的混合气体。六氟化硫代表大气水——液态或气态(取决于温度)；氦气代表大气中的其他气体，如氮气。他们对模拟舱的下层加热，上层冷却，结果发现混合气体在下部自然形成液态的六氟化硫，而氦与六氟化硫的蒸汽位于其上部。一些六氟化硫在上层的寒冷表面凝结，并偶尔形成液滴，落入下部。六氟化硫的冷却液滴落入含有六氟化硫蒸汽和氦气的大气中。他们还发现，通过对周围蒸汽的冷却，每一个液滴随后会产生许多小的六氟化硫微滴。实验揭示了水滴形成的一个基本过程，可能有助于认识地球大气雨的形成过程。Bodenschatz 及其同事还进行了一些条件略有不同的相关实验，观测到了类似现象。
在科研团队的实验中，研究人员可以密切跟踪液滴形成的过程，并且发现许多小的液滴随后生成。之所以产生这一效应，他们认为，是因为冷的液滴通过蒸汽的时候产生了冷却的作用，导致一些液态物质凝结为小的液滴。此外，科学家们还借助热力学计算支持了这一假设。
研究者们提出，这些现象——小水滴产生并形成云的过程，准确模拟了地球的大气状态，可能深刻影响到降雨以及云层和暴雨产生的过程。同时还指出，实际的大气组成更为复杂，粉尘与其他颗粒也可能会对雨滴晶核的形成发挥作用。
位于德国洪堡的马普气象研究所的气象学家Juan Pedro Mellado 认为，这样的实验研究十分难得，因为通常很难在很小的规模上准确模拟大气的实际条件。这一工作代表了大气基础科学的一项重要进展，并再次表明实验工作对理解大气过程是多么的重要。
(中国人民大学附属中学 周雨欣 编译自 Physics，September 22，2017 )
本文选自《物理》2017年第11期
2. 新型阻变存储器的物理研究与产业化前景
3. 声波的“漩涡”——声学轨道角动量的产生、操控与应用
4. 低频声波的定向辐射
5. 二维声学系统中的拓扑相变及边界传输
6. 大规模储能钠离子电池新进展：富钛贫氧自生长保护层大幅提高层状锰基正极储钠性能
7. 两位物理学家的传说
8. 杨振宁先生怎样影响了我的研究兴趣和工作方向
9. 超导“小时代”之二十四：雾里看花花非花
10. 物理学咬文嚼字之九十一：线
关注 中国物理学会期刊网
微信扫一扫关注公众号
