Разрешена загадка измороси

Капельки измороси обычно имеют диаметр около одной пятой миллиметра, в то время как полностью сформировавшиеся дождевые капли могут достигать в диаметре порядка двух миллиметров. Скорость падения дождевых капель - примерно 9 м/с. В отличие от полноценного дождя, капельки измороси падают со скоростью порядка 0,5 м/с, и, фактически, просто "парят" в воздухе. При этом объяснить развитие капелек измороси оказалось менее легким делом, чем постижение природы обычных дождевых капель. Кучевые облака, в которых формируется дождь, образуются в мощных восходящих потоках, создающих условия для столкновения капель друг с другом, объединения и роста. Капельки измороси формируются в более спокойной атмосфере.

Рост капелек до размера 0,04 мм занимает около 20 минут, при этом рост обеспечивается за счет конденсации водяных паров, содержащихся в атмосфере, насыщенной водяными парами. В ходе этого процесса капелька проходит через этап так называемой "нуклеации": они должны достичь критического размера прежде, чем вероятность их роста за счет конденсации не станет меньшей, чем вероятность уменьшения за счет испарения (оба процесса идут одновременно). Достигнув размера 0,04 мм, капельки начинают падать, и основным механизмом дальнейшего роста становится их объединение друг с другом в процессе столкновений. Современные теории утверждали, что для достижения ими размеров дождевых капель требуется еще примерно час. И вот здесь имелась неувязка - облака, в которых формируются дождь с изморосью, живут обычно не дольше получаса.

Разгадать загадку смогли Роберт Мак-Гроу (Robert McGraw) и Янган Лю (Yangang Liu). Они предположили, что современные теории упускают из виду некоторые критически важные факторы процесса "каплеобразования". В частности, несмотря на общее представление о том, что мелкомасштабная турбулентность ускоряет процессы формирования капелек измороси, никто не знал в точности, насколько.

Мак-Гроу и Лю пошли несколько иным путем. В их теории предполагается, чтопреодолевшие барьер нуклеации капли сталкиваются со вторым сходным препятствием, но уже на стадии объединения друг с другом (коалесценции). Этот процесс сходен с процессом объединения отдельных молекул воды в каплю на стадии нуклеации. Иными словами, второй этап формирования капли также представляет собой статистический процесс, в ходе которого капельке также необходимо достичь некоторого критического размера, после которого процессы коалесценции существенно ускоряются.

Расчеты показали, что в новой модели на процесс формирования капелек измороси уходит существенно меньше времени - значительно меньше часа. Становится понятным, каким образом капелькам удается сформироваться прежде, чем испарится само облако. Новая модель предсказывает также, что если изначально в облаке количество маленьких капелек превышает некоторый порог, формирование более крупных идет значительно медленней, поскольку они "конкурируют" друг с другом в потреблении водяных паров. Это, подчеркивают исследователи, объясняет, почему в облаках, содержащих больше пылевых частиц, образуется меньше осадков.

Источник: по материалам Nature.