Измерена и смоделирована способность к образованию ледяных кристаллов в рамках нового подхода

Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории разработали новый универсальный метод расчета, описывающий, как различные частицы в атмосфере, начиная с пыли, притягивают и формируют ледяные кристаллы в облаках. Объединив множество данных в одну гибкую параметризацию, ученые эффективно смоделировали процесс образования льда на пылевых частицах. Эта работа, опубликованная в августовском выпуске журнала Atmospheric Chemistry and Physics, позволит точнее описывать зародышеобразование льда на атмосферной саже, органических и биологических частицах.

Микроскопические ледяные кристаллы в облаках играют ключевую роль в формировании осадков, а также могут отражать и рассеивать солнечный свет, охлаждая поверхность Земли. Понимание фундаментальных механизмов их образования критически важно для моделирования климата и прогнозирования погоды. Новый расчетный подход ученых, начинающийся с изучения пыли как одного из основных ядер замерзания, создает основу для моделирования и предсказания других путей образования ледяных кристаллов.

Ранее ученым приходилось полагаться на отдельные разрозненные данные для описания процесса замерзания на пылевых частицах. В этом исследовании был разработан новый способ перевода множества экспериментальных точек в единую эффективную параметризационную схему для использования в облачных и климатических моделях. Эта схема учитывает стандартный показатель эффективности образования льда на веществе — контактный угол, который определяет вероятность того, что частица-зародыш (в данном случае пыль) сформирует ледяной кристалл. Чем выше контактный угол, тем больше сопротивление частицы к образованию льда. Новая модель содержит больше информации о свойствах, способствующих замерзанию, чем предыдущие подходы.

Команда подтвердила, что новая схема хорошо отражает экспериментальные данные, и показала, что свойства облаков сильно зависят от контактного угла частиц. С увеличением этого угла формирование облаков задерживается. В дальнейшем исследователи планируют расширить применение подхода к различным типам пыли и атмосферных частиц в широком диапазоне температур, а также внедрить эту схему в глобальную климатическую модель для изучения воздействия на климат.