Исследователи обнаружили в кучевых облаках ранее невидимые «горячие точки», где капли воды собираются особенно плотно. По мнению ученых, именно в этих небольших областях могут создаваться условия для начала дождя.

Работу провели ученые из Институт динамики и самоорганизации Общества Макса Планка (MPI-DS). Результаты опубликованы в журнале PNAS.

Исследователи изучали неглубокие кучевые облака, состоящие исключительно из мельчайших капель жидкой воды. Такие облака не содержат кристаллов льда, которые могли бы стать основой для формирования осадков. При этом они способны начать давать дождь всего за несколько минут.

Главная проблема заключается в том, что для образования дождевой капли отдельные микроскопические капли должны столкнуться и объединиться. До сих пор ученые не могли точно определить, что помогает преодолеть этот барьер.

Для наблюдений использовали разработанную в MPI-DS платформу CloudKite — воздушную лабораторию на базе аэростатной системы. Она оснащена двумя оптическими комплексами с лазерами и высокоскоростными камерами. Один из них позволяет восстанавливать трехмерное положение и размер отдельных капель 75 раз в секунду, а второй измеряет турбулентность внутри облака.

CloudKite движется внутри облаков со скоростью около 10 м/с — значительно медленнее исследовательских самолетов. Благодаря этому ученые смогли проводить измерения через каждые 12 см, что примерно в 250 раз чаще, чем при предыдущих авиационных наблюдениях.

Используя полученные данные, ученые восстановили внутреннюю структуру участка кучевого облака длиной 55 метров. Оказалось, что капли распределены неравномерно. Внутри облака существуют локальные области размером около метра и менее, где капли значительно плотнее сосредоточены, чем вокруг.

По словам первого автора исследования Бирте Тиде, именно в таких «горячих точках» столкновения капель становятся гораздо более вероятными. Поэтому они могут быть местами, где начинается образование дождя.

Открытие ставит под сомнение прежнее представление о том, что скопления капель в облаках небольшие и распределены относительно равномерно. Ученые считают, что выявленная внутренняя структура теплых облаков может помочь лучше понять формирование осадков и повысить точность прогнозов погоды.

Исследователи также планируют изучить связь между турбулентностью и появлением таких областей. Новые наблюдения с помощью CloudKite предполагается провести в Амазонии, Балтийском море и на севере Финляндии.

Теплые облака играют важную роль в формировании осадков, особенно в тропиках, а их способность отражать солнечный свет и влиять на энергетический баланс Земли остается одним из источников неопределенности в климатических моделях.