Les polygones sont répandus dans la nature :la boue de séchage peut se fissurer en blocs à plusieurs côtés, et les abeilles façonnent le nid d'abeilles en régulier, cellules à six faces. Les hexagones apparaissent également dans de larges nappes de nuages dans certaines parties des océans de la Terre, et maintenant une équipe de chercheurs a utilisé une approche de réseau pour analyser pourquoi. Leurs travaux promettent d'aider les scientifiques à trouver des descriptions plus précises des nuages dans les modèles informatiques du temps et du changement climatique.
De grands ponts de nuages stratocumulus s'auto-organisent en motifs en nid d'abeille. "Ces types de nuages refroidissent la planète en réfléchissant le rayonnement solaire mais leur description dans les modèles climatiques est encore assez grossière", a déclaré l'auteur principal Franziska Glassmeier. Elle a découvert qu'elle pouvait utiliser un modèle mathématique relativement simple pour recréer les modèles de nuages, qui sont façonnés dans la nature par une interaction complexe de processus physiques.
Le nouveau papier, co-écrit par Graham Feingold, scientifique de la NOAA et membre du CIRES, est publié aujourd'hui dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences . Le travail a été soutenu en partie par le programme de recherche innovante du CIRES.
Depuis les premières images satellites au début des années 60, les scientifiques ont reconnu que les nuages stratocumulus, semblables à des tapis, les nuages bas souvent drapés sur de grandes sections d'océans subtropicaux ressemblent à des nids d'abeilles imparfaits. Parfois, les cellules sont "fermées, " avec des zones nuageuses dans les cellules entourées d'anneaux sans nuages ; et parfois elles sont « ouvertes, " avec des cellules sans nuage entourées d'anneaux nuageux. Le motif change constamment à mesure que les cellules émergent, disparaître, et réorganiser.
Les chercheurs ont effectué des simulations très détaillées de nuages pour capturer les mouvements d'air précis qui créent ces modèles :en général, là où l'air monte, il crée des régions nuageuses, et où il descend, des régions sans nuage se forment. Ils ont ensuite appliqué une technique mathématique appelée tessellation de Voronoi pour traduire les mouvements de l'air en un réseau de tuiles polygonales. Le modèle mathématique simple développé par Glassmeier et Feingold recrée ce modèle. "C'est comme créer une mosaïque dynamique avec des règles spécifiques qui permettent de remplacer indéfiniment différents patchs par un nouvel ensemble de tuiles", Glassmeier explique. Leur modèle offre une explication fondamentale de la structure et de la dynamique de superbes ponts de nuages stratocumulus.
Et peut-être plus important encore, la technique d'analyse de réseau peut aider à produire des nuages plus précis dans les modèles informatiques. "Les nuages représentent encore une incertitude importante dans nos projections climatiques", dit Feingold. "Notre espoir est que cette nouvelle approche de réseau cellulaire conduira à de nouvelles façons d'aborder le problème de la paramétrisation du cloud".
