เหนือความคาดหมาย! เมฆด้านบนประหลาดกว่าที่คิด
เคยสังเกตไหมว่าเวลาเราอยู่บนเครื่องบิน สิ่งที่เราเห็นคือยอดเมฆสีขาวปุย มีสีฟ้าเทาแซมบ้าง แต่ฟิสิกส์เบื้องหลังยอดเมฆเหล่านี้เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์งงงวยมานาน…จนกระทั่งบัดนี้!
ที่ Brookhaven National Laboratory ในลองไอส์แลนด์ นิวยอร์ก นักวิจัยได้พัฒนา lidar (อุปกรณ์ตรวจจับระยะไกลด้วยเลเซอร์) ชนิดใหม่ ที่สามารถจับรายละเอียดโครงสร้างเมฆได้ในระดับ 0.4 นิ้ว (1 เซนติเมตร) ซึ่งคมชัดกว่าเครื่องมือทั่วไปถึง 100 ถึง 1,000 เท่า ในการศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ใน Proceedings of the National Academy of Sciences ทีมวิจัยได้ใช้ lidar นี้ควบคู่ไปกับการทดลองในห้องปฏิบัติการ
นี่เป็นคำอธิบายเชิงทดลองครั้งแรกที่สามารถแยกแยะโครงสร้างน้ำในยอดเมฆและภายในเมฆได้ ซึ่งคุณสมบัติเหล่านี้เป็นตัวกำหนดว่าเมฆ “วิวัฒนาการ เกิดฝน และส่งผลต่อสมดุลพลังงานของโลก” อย่างไร นักวิจัยอธิบายใน แถลงการณ์
จากข้อมูลของนักวิจัย lidar ใหม่นี้ให้ภาพ “ความละเอียดสูงพิเศษ” เกี่ยวกับพลศาสตร์ของเมฆ ที่น่าประทับใจคือ lidar สามารถตรวจจับและนับโฟตอนแต่ละตัว (อนุภาคที่ไม่มีมวลและนำแสง) ที่พุ่งออกมาจากเมฆเนื่องจากการยิงด้วยเลเซอร์ความเร็วสูง
จากนั้น อัลกอริทึมการสุ่มตัวอย่างข้อมูลที่กำหนดเองจะแปลสัญญาณโฟตอนเป็นโปรไฟล์ของโครงสร้างเมฆ Fan Yang หัวหน้าทีมวิจัยและนักวิจัยของ Brookhaven กล่าวในแถลงการณ์ว่า lidar นี้ “เป็นเหมือนกล้องจุลทรรศน์สำหรับเมฆ”
ทีมงานนำอุปกรณ์ของพวกเขาไปยังห้องเมฆในมิชิแกน ที่ซึ่งนักวิจัยสามารถสร้างเมฆเทียมภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความชื้นที่ต้องการได้ ทำให้พวกเขาสามารถบันทึกฟิสิกส์ที่แม่นยำของการกระจายตัวของละอองเมฆทั่วทั้งเมฆได้
สิ่งที่พวกเขาค้นพบคือ แบบจำลองที่มีอยู่เดิมนั้นยังไม่สามารถอธิบายฟิสิกส์ของเมฆได้อย่างถูกต้องแม่นยำ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การวัดของ lidar เผยให้เห็นความแปรปรวนของการกระจายตัวของละอองเมฆที่ด้านบนอย่างมาก ในขณะที่ส่วนอื่นๆ ของเมฆมีความสม่ำเสมอมากกว่า นี่แสดงให้เห็นว่า เมฆด้านบนประหลาดกว่าที่คิด
นักวิจัยเชื่อว่าอาจเป็นเพราะสองกระบวนการ ได้แก่ การดึงอากาศ (entrainment) และการตกตะกอน (sedimentation) การดึงอากาศดึงอากาศที่ใสและแห้งเหนือเมฆลงมา ทำให้เกิดการกระจายตัวของละอองที่ด้านบนสุดของเมฆ ในขณะเดียวกัน การตกตะกอนจะคัดแยกละอองตามขนาดโดยอัตโนมัติ ทำให้ละอองที่หนักกว่าตกลงไปในเมฆได้เร็วกว่าละอองที่เบากว่า
ในขณะเดียวกัน ภายในเมฆที่มีขนาดใหญ่โดยทั่วไปจะเผชิญกับความปั่นป่วนที่รุนแรง ทำให้ละอองผสมกันในลักษณะที่สม่ำเสมอ ในทางตรงกันข้าม ยอดเมฆมีความปั่นป่วนน้อยกว่ามาก ดังนั้นจึงมีเพียงละอองขนาดเล็กที่ลอยอยู่ในบริเวณนั้นเท่านั้น
“แบบจำลองบรรยากาศจำนวนมากละเลยการตกตะกอนของละอองไปเลย หรือแสดงละอองที่มีขนาดต่างกันด้วยความเร็วในการตกเพียงค่าเดียว” Yang อธิบาย “การทำให้ง่ายขึ้นนี้สมเหตุสมผลในบริเวณส่วนใหญ่ของเมฆที่ความปั่นป่วนรุนแรง แต่จะใช้ไม่ได้ผลใกล้กับยอดเมฆที่ความปั่นป่วนน้อยกว่า”
ผลการวิจัยใหม่นี้มีนัยสำคัญต่อวิทยาศาสตร์บรรยากาศ นักวิจัยแย้งในบทความ ตัวอย่างเช่น การแสดงฟิสิกส์ของยอดเมฆที่ไม่ถูกต้องอาจ “นำไปสู่ความไม่แน่นอนอย่างมากในการทำนายแบบจำลองว่าเมฆสะท้อนแสงแดดและกระตุ้นให้เกิดฝนได้อย่างไร” Yang กล่าว
นักวิจัยหวังว่าในที่สุด lidar จะสามารถนำมาใช้เพื่อวัดเมฆโดยตรงในบรรยากาศจริง นอกเหนือจากการปรับปรุงแบบจำลองปัจจุบัน ท้ายที่สุด พวกเขายอมรับว่าห้องเมฆไม่ใช่ตัวแทนที่สมบูรณ์แบบของพลวัตของเมฆในชีวิตจริง แม้ว่าความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีจะช่วยให้นักวิจัยเข้าใกล้ความสมบูรณ์แบบได้อย่างน่าประทับใจ และทำให้เรารู้ว่าแท้จริงแล้ว เมฆด้านบนประหลาดกว่าที่คิด
เมฆด้านบนประหลาดกว่าที่คิด
ทำไมเมฆด้านบนประหลาดกว่าที่คิด?
จากการศึกษาล่าสุดพบว่า เมฆด้านบนประหลาดกว่าที่คิด เนื่องจากมีความแปรปรวนของการกระจายตัวของละอองเมฆที่มากกว่าส่วนอื่นๆ ของเมฆ การค้นพบนี้มีความสำคัญอย่างมากต่อการทำความเข้าใจปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่เกี่ยวข้องกับเมฆ
การทำความเข้าใจว่า เมฆด้านบนประหลาดกว่าที่คิด มีความสำคัญต่อการปรับปรุงแบบจำลองสภาพอากาศและการคาดการณ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น การศึกษาเพิ่มเติมในด้านนี้จะช่วยให้เราเข้าใจถึงบทบาทของเมฆที่มีต่อสภาพอากาศของโลกได้ดียิ่งขึ้น