云雨动态模型

七年前的气象数学模型预测中...

一群瞪羚和一团云有什么共同点？人类产生的空气悬浮微粒又是怎样影响着降雨方式？据每日科学网近日报道，以色列魏茨曼环境科学研究所和美国国家海洋和大气管理局地球系统研究实验室科学家合作，共同构建了一种新的数学模型，用来描述云、雨和空气中的悬浮微粒之间的动态关系。该模型正是仿照了自然界猎食与被猎食动物的种群动态变化模型而建立，有助于科学家进一步理解气候变化的规律。研究论文发表在最近出版的《美国国家科学院院刊》上。

云是导致气候变化的主要因素，尤其在浅海地区大气层，它们在亚热带海洋上空形成了巨大的云层，将部分太阳能量反射回太空，给大气降温。研究人员解释说，正像猎食动物和被猎食动物群体的扩张与收缩互为消长一样，模拟动物世界中猎食周期的方程，也能模拟云雨变化的周期：过多降雨会使天空的云大大减少，而随着云的慢慢生长，会带来再次降雨。就像草的数量影响了牧群的大小，空气中的悬浮微粒是“养”云的雨核，其数量也是相对的，围绕微粒形成微小的雨滴，飘在高空而不会降落下来。

研究人员根据以往对海洋层积云的研究数据，用了3个类似猎食模型简单方程，构建了模拟云雨系统动态变化的模型：第一个好像瞪羚与狮子；第二个好像双人自行车的联动：降雨好比是“猎食者”，降雨周期总是紧随云团达到峰值之后而来，云在损失以后会以同样的比率得到补充，由此形成一种稳定状态；第三种是混乱，当猎食群体失控或强降雨破坏了整个云系时，会造成气候混乱。

此外，模型还显示，随着悬浮微粒数量的变化，系统会突然从一种状态转变为另一种状态。这也显示出一种双重结果的可能性：当悬浮微粒含量较低时，云的形成主要取决于飘尘浓度；当悬浮微粒含量较高而达到饱和时，云的形成只取决于最初的环境条件。

以色列魏茨曼环境科学研究所能量研究部的艾兰-科伦解释说，通过这种系统方法，“能让我们以新的角度来观察云、雨以及悬浮微粒之间的复杂关系，理解它们是怎样形成的，也让我们能从更宏观的视野来研究空气中悬浮微粒水平的转变怎样影响气候变化。”