Discutez avec un scientifique de l'atmosphère pendant plus de quelques minutes, et il est probable qu'ils commenceront à plaider pour un changement de nom planétaire. La planète Océan-Cloud est bien plus adaptée que la Terre, ils diront, quand tant de systèmes de vie de notre planète sont affectés par les interactions des nuages ​​et des océans.

La capacité de prédire le comportement des nuages ​​donne aux météorologues, climatologues, physiciens et autres une meilleure compréhension du changement des précipitations (actuellement l'un des aspects les plus difficiles à prévoir dans les prévisions météorologiques) et améliore la modélisation climatique.

La semaine dernière, Prasanth Prabhakaran, Will Cantrell et Raymond Shaw, avec plusieurs co-auteurs, publié "Le rôle des fluctuations turbulentes dans l'activation des aérosols et la formation des nuages" dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences . Leur article pose la question suivante :dans quelles conditions environnementales les gouttelettes nuageuses se forment-elles ? Est-ce que la turbulence - le mouvement chaotique de l'air qui entraîne un trajet plus cahoteux dans un avion - affecte-t-elle les propriétés des nuages, tels que combien de gouttelettes de nuages ​​ils ont et s'ils produiront des précipitations?

"Il y a très peu d'absolus dans la vie et je suis sur le point de vous en donner un :quand vous regardez dans le ciel, chaque gouttelette de nuage que vous voyez se forme sur un grain de poussière préexistant. Mais tous les grains de poussière ne vous donneront pas une gouttelette de nuage, " dit Will Cantrell, professeur de physique.

"Si vous me donnez les conditions atmosphériques, Je peux vous donner une assez bonne idée de si le grain de poussière formera une gouttelette de nuage. Jusqu'à présent dans la science de l'atmosphère, ce que nous n'avons pas pris en compte, c'est le fait que l'atmosphère est turbulente, " dit Cantrell. " Si les particules de poussière étaient identiques, mais ils sont exposés à des conditions différentes, qui jouera un rôle dans le fait qu'elles deviennent des gouttelettes de nuage."

Le rôle de la turbulence dans la formation des nuages ​​est la lacune dans laquelle s'engage la recherche de Cantrell. Traditionnellement, la mécanique de la formation des nuages ​​n'a pas tenu compte de la turbulence. Prabhakaran et ses coauteurs ont développé un cadre, soutenu par des expériences de la chambre à brouillard de Tech, pour expliquer comment les particules d'aérosol (poussière) préexistantes - les graines des gouttelettes de nuage - font la transition pour devenir des gouttelettes (et deviennent ainsi éligibles pour commencer le processus de chute sur votre jardin).

La chambre à brouillard de Michigan Tech est l'une des deux seules au monde à pouvoir effectuer de telles expériences. Shaw, éminent professeur de physique et directeur du doctorat en sciences atmosphériques de Michigan Tech. programme, est également affiliée à l'autre :la chambre LACIS-T à Leipzig, Allemagne, à l'Institut de recherche troposphérique. Les nuages ​​peuvent être maintenus pendant des heures dans la chambre de Michigan Tech, un énorme avantage par rapport aux expériences in situ dans un jet équipé d'un équipement de mesure voyageant une centaine de mètres par seconde à travers un nuage.

"Dans des conditions contrôlées, nous avons étudié les aspects de la formation des nuages, " dit Prabhakaran, qui est chercheur postdoctoral au département de physique de Michigan Tech. "La modélisation sous différents régimes montre comment se forment les gouttelettes de nuage et l'importance de la formation de gouttelettes de nuage dans les conditions que nous avons, que ce soit dans un environnement très pollué ou dans un environnement relativement propre comme au-dessus de l'océan."

Les conditions atmosphériques comptent :dans des conditions propres, tout ce que les chercheurs doivent connaître sont les valeurs moyennes telles que la concentration moyenne de vapeur d'eau et la température moyenne, disposer de suffisamment d'informations pour prédire si les grains de poussière deviendront des gouttelettes de nuages. Dans des conditions plus polluées, les conditions exactes auxquelles les particules sont exposées deviennent plus importantes.

"La façon dont les nuages ​​interagissent avec la lumière du soleil et s'ils précipitent dépendra beaucoup du nombre de gouttelettes et de leur taille, " a déclaré Cantrell. " Comprendre la transition de la poussière aux gouttelettes de nuage est un élément clé pour comprendre si vous aurez beaucoup ou peu de gouttelettes. Notre théorie ajoute un moyen de comprendre si le mélange turbulent dans l'atmosphère affectera le nombre de gouttelettes que vous obtenez, et cela se répercute sur d'autres propriétés de la formation des nuages."

Pour mener l'expérience, les chercheurs ont créé un environnement turbulent à l'intérieur de la chambre à nuages ​​de 3,14 mètres cubes en chauffant la plaque inférieure de la chambre et en refroidissant la plaque supérieure pour créer une turbulence, flux convectif. Dans le flux, l'équipe a introduit des particules d'aérosol de chlorure de sodium de 130 nanomètres. En faisant varier le différentiel de température entre les plaques supérieure et inférieure et le nombre de particules d'aérosol dans la chambre, les chercheurs ont constaté des différences dans la formation des nuages.

Sur la base de ces observations, l'équipe de recherche a développé une théorie semi-quantitative pour décrire les conditions. Que les particules d'aérosol deviennent des gouttelettes a un effet énorme sur les propriétés des nuages, et les expériences et le modèle de Michigan Tech fournissent un cadre pour catégoriser la formation de gouttelettes dans les modèles numériques.

Cantrell a déclaré que la turbulence ne faisait pas partie du programme de physique des nuages ​​jusqu'à très récemment.

"Nos mesures dans la chambre montrent que la turbulence peut imiter les comportements qui ont été attribués à la variation des particules, principalement la taille et la composition. Cette expérience modifie notre compréhension des propriétés des nuages ​​et nous permet de mieux représenter ces processus dans les modèles climatiques, " il a dit.

Les chercheurs ont déclaré que leur modèle aiderait les prévisionnistes à prédire les fluctuations que la planète océan-nuage connaîtra à mesure que le climat change.

"J'espère que d'ici quelques années, cela améliorera les observations des modèles climatiques pour prédire le changement climatique à long terme, " a déclaré Prabhakaran.