Физики изучают загадку появления дождевых капель

Физики поняли, почему капли дождя достигают своих размеров не за несколько суток, как предсказывало компьютерное моделирование, а менее чем за час.

Загадку появления дождевых капель удалось решить исследователю из МФТИ, работавшему в составе международной научной группы. Работа специалистов из Израиля, России и Финляндии уже доступна в виде препринта  и будет опубликована в журнале Atmos. Chem. Phys.

Капли зародыша дождя физики рассмотрели в условиях турбулентности. По словам одного из авторов, почетного профессора кафедры общей физики МФТИ Михаила Андреевича Либермана (также профессор шведского института теоретической физики NORDITA), предметом исследования стала так называемая кластеризация — процесс быстрого накопления капель и рост их размера в областях между вихрями воздуха. О кластеризации ученым было известно уже несколько десятков лет, но им не удавалось объяснить с ее помощью экспериментальные данные. Все предыдущие попытки компьютерного моделирования показывали, что рост капли от одного до ста микрометров занимал бы сотни часов или даже дней, но в реальности дождевые облака проливаются осадками намного быстрее.

Физики изучили кластеризацию в турбулентности не при обычных условиях (когда все облако одинаковой температуры), а при появлении макроскопического градиента температуры (когда один из краев облака нагрет сильнее другого). Расчеты показали, что той разницы температур, которая наблюдается в реальных облаках, достаточно для ускорения процесса кластеризации в тысячи раз. Это позволяет объяснить выпадение осадков. По словам Михаила Либермана, «увеличение локальной концентрации зародышей капель в тысячи раз приводит к увеличению частоты столкновений между каплями в миллионы раз (пропорционально квадрату концентрации)».

При столкновениях капли сливаются в капли большего размера. Они последовательно растут в результате каждого столкновения двух капель, потом столкновения двух подросших, и в результате время роста от одного до 50 микрон сокращается всего до десяти минут. Таким образом теперь в распоряжении ученых оказалась теоретическая модель, которая согласуется с тем, что наблюдается в реальности.