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Nuevo lidar con resolución de 1 centímetro, capaz de detectar fotones individuales y generar imágenes 100 a 1.000 veces más nítidas, revela diferencias estructurales en la parte superior de las nubes y apunta limitaciones en modelos atmosféricos utilizados para prever precipitación y balance energético de la Tierra
Investigadores del Laboratorio Nacional de Brookhaven desarrollaron un nuevo lidar capaz de analizar la parte superior de las nubes con resolución de aproximadamente 1 centímetro, haciendo que las mediciones sean de 100 a 1.000 veces más nítidas y revelando diferencias estructurales inéditas en las nubes.
Las nubes, vistas desde arriba como formaciones blancas y esponjosas con manchas azul-acinzentadas, siempre han intrigado a los científicos sobre la física que rige su parte superior. Ahora, un nuevo tipo de lidar ha permitido observar estas estructuras con una precisión sin precedentes.
El equipo fue desarrollado en las instalaciones del Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Long Island, Nueva York. Se trata de un dispositivo de sensado remoto láser que captura detalles minuciosos de las estructuras de las nubes a escala centimétrica.
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El lidar alcanza una resolución de aproximadamente 1 centímetro, lo equivalente a 0,4 pulgadas. Esto lo hace de 100 a 1.000 veces más nítido que los instrumentos tradicionales utilizados para estudiar nubes.
El estudio fue publicado en los Anales de la Academia Nacional de Ciencias, Proceedings of the National Academy of Sciences. En él, Brookhaven y colaboradores combinaron el nuevo lidar con experimentos realizados en cámaras atmosféricas controladas.
Nubes bajo ultra-alta resolución
Según los investigadores, el nuevo lidar proporciona imágenes de ultra-alta resolución de la dinámica de las nubes. El sistema detecta y cuenta fotones individuales, partículas sin masa que transportan luz, emitidos después de que pulsos de láser ultrarrápidos golpean la nube.
Un algoritmo personalizado de muestreo de datos convierte las señales de los fotones en un perfil detallado de la estructura de la nube. El dispositivo fue descrito como esencialmente un microscopio para nubes por el autor principal del estudio, Fan Yang, investigador de Brookhaven.
El equipo utilizó el dispositivo en una cámara de nubes en Michigan. En este ambiente controlado, fue posible generar nubes artificialmente bajo condiciones específicas de temperatura y humedad elegidas por los investigadores.
Esto permitió documentar con precisión cómo las gotas se distribuyen por toda la nube. Un video capturado por una cámara sobre la cámara muestra la frontera donde el aire encuentra la parte superior de la nube.
En la parte superior de la imagen, se observa el aire girando y corrientes descendentes de aire externo alterando visiblemente la estructura superior de la nube en comparación con su interior.
Diferencias entre la parte superior y el interior de las nubes
La investigación resultó en la primera descripción experimental capaz de diferenciar las estructuras de agua en la parte superior y en el interior de las nubes. Estas características determinan cómo las nubes evolucionan, forman precipitación y afectan el balance energético de la Tierra.
Las mediciones revelaron una gran variación en la distribución de las gotas en la parte superior de la nube. En el resto de la nube, la distribución mostró ser más uniforme.
Los investigadores constataron que los modelos existentes eran insuficientes para describir la física de las nubes. La discrepancia fue especialmente evidente en la capa superior, donde los patrones observados difieren de las previsiones tradicionales.
Esta variación estructural ayuda a explicar por qué representaciones simplificadas pueden fallar al simular correctamente el comportamiento de las nubes en modelos atmosféricos.
Arrastre y sedimentación en las nubes
Los científicos atribuyen las diferencias a dos procesos principales: arrastre y sedimentación. El arrastre tira aire limpio y seco por encima de la nube hacia abajo, generando una distribución irregular de gotas en la capa más alta.
La sedimentación separa automáticamente las gotas según su tamaño. Gotitas más pesadas caen más rápido dentro de las nubes, mientras que las más ligeras permanecen suspendidas por más tiempo.
En el interior denso de la nube, la turbulencia suele ser fuerte. Esto promueve una mezcla inmediata y una distribución más uniforme de las gotas.
En la parte superior de las nubes, sin embargo, la turbulencia es más débil. Como resultado, solo gotas relativamente pequeñas permanecen suspendidas en esta región.
Yang explicó que muchos modelos atmosféricos ignoran por completo la sedimentación de las gotas o representan diferentes tamaños con una única velocidad de caída. Esta simplificación se considera razonable en la región central de la nube.
Sin embargo, según él, este enfoque deja de funcionar cerca de la parte superior de la nube, donde la turbulencia es más débil y los efectos se vuelven más complejos.
Implicaciones para modelos y previsiones
Los hallazgos tienen implicaciones significativas para la ciencia atmosférica. Representaciones imprecisas de la física de la parte superior de las nubes pueden introducir incertidumbres sustanciales en las previsiones sobre cómo las nubes reflejan la luz solar y desencadenan la lluvia.
Los investigadores argumentan que comprender mejor estas estructuras es esencial para perfeccionar modelos que evalúan el balance energético de la Tierra.
El objetivo futuro es utilizar el lidar para medir directamente las nubes en la atmósfera real. Esto permitiría comparar los resultados obtenidos en laboratorio con condiciones naturales.
Los científicos reconocen que una cámara de nubes no representa perfectamente la dinámica de las nubes en la vida real. Aún así, afirman que los avances tecnológicos han permitido acercarse mucho a esta realidad.
Al revelar que las nubes son más extrañas en la parte superior de lo que se imaginaba, el nuevo lidar abre el camino para revisiones en los modelos existentes y para mediciones más precisas de la física atmosférica.
E muito peso sobre nossas cabeças.
Desde quando meteorologia e segurança de vôo é cultura inutil? Claro que poderiam ilustrar com fotos, mas o assunto é mais do que relevante para a pesquisa metereológica e aeroespacial.
Alguém chamou essa informação de lixo, mas não é, ela «informação» só espoe o quanto somos limitado.