Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Obserwacje kropelkowe

Recommended Posts

Z artykułu w Geophisical Research Letters możemy dowiedzieć się, że najprawdopodobniej dotychczas naukowcy przeceniali intensywność opadów deszczu. Najnowsze badania przeprowadzone przez zespół Gillermo Montero-Martineza z Meksykańskiego Narodowego Uniwersytetu Autonomicznego, wykazały, że przeceniana jest wielkość kropli i, co za tym idzie, ilość wody, która spadła na ziemię.

Meksykanie zbadali 64 000 kropli, które spadły na Mexico City.

Dotychczas sądzono, że duże krople spadają szybciej niż małe. Ponadto prędkość kropli ograniczana jest tzw. szybkością graniczną, wyznaczaną przez moment, w którym przyciąganie ziemskie jest równoważone przez tarcie. Meteorolodzy, opierając się na takich założeniach, wykorzystują obecnie radary mierzące prędkość kropli. Na tej podstawie oceniana jest ich wielkość oraz całkowita ilość opadów.

Montero-Martinez odkrył, że część małych kropli nie tylko opada szybciej niż duże krople, ale czyni to z prędkością większą niż prędkośc graniczna.

Naukowcy użyli zestawu spektrometrów, który pozwolił zbadać im rozszczepianie się światła w opadających kroplach oraz systemów do analizy cząstek i modeli matematycznych umożliwiających ocenę kształtów i wielkości kropli.

Uczeni zauważyli, że opadające duże krople wchłaniają mniejsze krople i czasem się rozpadają na takie o średniej wielkości. Te z kolei przez około pół sekundy po rozpadzie poruszają się z prędkością dużej kropli, z której pochodzą, a więc szybciej niż wynosi prędkość graniczna dla średnich kropli. A to oznacza, że dotychczas były one uznawane za duże krople.

Meteorolodzy już wcześniej zauważyli, że istnieje jakiś błąd pomiarowy, ale przypisano go uderzeniom kropli w instrumenty pomiarowe.

Eksperci zgadzają się, że badania Meksykanów pozwolą na skonstruowanie doskonalszych instrumentów pomiarowych, które umożliwią lepsze przewidywanie pogody.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.
Note: Your post will require moderator approval before it will be visible.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Spowodowane globalnym ociepleniem zwiększenie ilości opadów może doprowadzić do paraliżu komunikacyjnego na olbrzymich obszarach. Grupa naukowców stworzyła model komputerowy, w którym połączono dane dotyczące sieci drogowych oraz ukształtowania terenu. Za jego pomocą identyfikowano krytyczne punkty, w których niewielki wzrost ilości opadów może odprowadzić do paraliżu dróg, którego konsekwencje będą odczuwane na dużych obszarach.
      Aby przygotować się na zmiany klimatyczne, musimy wiedzieć, które miejsca, w razie wystąpienia powodzi czy podtopień, będą prowadziły do największych problemów komunikacyjnych. Zwykle specjaliści podczas podobnych badań skupiają się na najbardziej uczęszczanych drogach. Jednak z naszych analiz wynika, że to nie one będą problemem, mówi profesor informatyki i specjalista ds. problemów rozległych sieci Jianxi Gao z Rensselaer Polytechnic Institute. Uczony nawiązał współpracę z ekologami z Beijing Normal University oraz fizykami z Uniwersytetu w Bostonie.
      Celem grupy było połączenie modeli wykorzystywanych do badania wpływu uszkodzeń dróg na transport z modelami dotyczącymi wpływu topografii terenu na powodzie i podtopienia. Tradycyjne podejście do problemów komunikacyjnych zakłada, że problemy na mniejszych drogach czy skrzyżowaniach będą miały niewielki wpływ na całą sieć połączeń. Jednak Gao stwierdził, że warto na te modele nałożyć dane o tym, jak, w zależności od topografii terenu, spływa woda po deszczu.
      Uzyskane wyniki nie napawają optymizmem. Okazało się, że na przykład na Florydzie zwiększenie opadów o 30–35 milimetrów wyłączy z użytkowania 50% dróg, a z kolei w stanie Nowy Jork opady powyżej 45 milimetrów mogą odciać północno-wschodnią część tego stanu od reszty kraju. Jeśli zaś w chińskiej prowincji Hunan opady zwiększą się o 25–30 mm, to z użytku zostanie wyłączonych 42% dróg lokalnych. Wzrost opadów o 95–100 mm wyłączał zaś z użycia 48,7% dróg lokalnych w prowincji Syczuan. W skali całych Chin wzrost opadów o 160–165 mm wyłączy 17,3% sieci dróg i odetnie zachodnią część kraju.
      Naukowcy postanowili zweryfikować swój model porównując jego przewidywania z rzeczywistymi problemami drogowymi w Houston i południowo-wschodnim Teksasie wywołanymi przez huragan Harvey. Okazało się, że ich model prawidłowo przewidział 90,6% przypadków zamknięcia dróg i 94,1% przypadków zalania dróg. Huragan Harvey spowodował jedne z największych w historii USA problemów z siecią drogową. Nasz model dobrze je przewidział. Dodanie informacji 3D do już wykorzystywanych modeli powoduje, że otrzymujemy niespodziewane wzorce awarii. Opracowaliśmy równania matematyczne, które pozwalają nam przewidzieć te wzorce, stwierdza Gao.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Inżynierowie z MIT i Penn State University odkryli, że w odpowiednich warunkach krople zwykłej czystej wody umieszczone na przezroczystym podłożu tworzą żywe kolory bez dodatku atramentów czy tuszy. W artykule opublikowanym na łamach Nature uczeni informują, że na powierzchni pokrytej mgiełką z kropli wody oświetlonych pojedynczą lampą można uzyskać żywe kolory pod warunkiem, że wszystkie krople są tych samych rozmiarów.
      Mamy tutaj do czynienia z iryzacją, która zachodzi gdy światło wchodzi w interakcje ze strukturą geometryczną obiektu. Amerykańscy naukowcy stworzyli model, który pozwala przewidzieć, jaki kolor uzyskamy z danej kropli w zależności od jej struktury i warunków. Model ten może zostać wykorzystany do projektowania papierków lakmusowych bazujących na niewielkich kroplach czy do tworzenia zmieniających kolor tuszy i barwników używanych w produktach kosmetycznych.
      Syntetyczne barwniki używane w produktach konsumenckich w celu uzyskania żywych barw mogą nie być tak bezpieczne dla zdrowia, jak powinny. Użycie niektórych z nich jest mocno ograniczone, dlatego też przemysł poszukuje innych możliwości produkcji barwników, mówi Mathias Kolle, profesor z MIT.
      W ubiegłym roku Amy Goodling i Lauren Zarzar z Penn State badały przezroczyste krople wykonane z mieszanin olejów o różnej gęstości. Obserwowały ich interakcje na szalce Petriego. W pewnym momencie zauważyły, że krople są zadziwiająco błękitne. Zrobiły więc zdjęcie i wysłały do profesora Kolle z pytaniem, skąd się bierze taki kolor.
      Uczony początkowo sądził, że ma do czynienia z rozpraszaniem, podobnym do tego, które tworzy tęczę. Jednak krople nie były sferami ale półsferami na płaskiej powierzchni. Okazało się, że mamy do czynienia z innym zjawiskiem. Półsfery łamią symetrię, a wklęśnięta powierzchnia sfer powoduje, że pojawia się zjawisko nieobecne w idealnych sferach – całkowite wewnętrzne odbicie (TIR).
      Po trafieniu do wnętrza półsfery światło może odbić się kilkukrotnie, a sposób, w jaki promienie wchodzą w interakcje podczas opuszczania półsfery decyduje o tym, czy uzyskamy kolor czy nie. Na przykład dwa promienie białego światła wchodzące i wychodzące z półsfery pod tym samym kątem mogą w jej wnętrzu odbijać się zupełnie inaczej. Jeśli jeden z nich odbije się trzy razy, będzie miał dłuższą drogę niż ten, który odbije się dwukrotnie, zatem opuści półsferę nieco później. Jeśli dojdzie do interferencji, to różnica faz spowoduje, że zobaczymy kolor, a zjawisko to będzie znacznie silniejsze w mniejszych niż w większych kroplach.
      Uzyskany kolor zależy też od struktury półsfer, na przykład od ich rozmiaru i krzywizn. Naukowcy stworzyli matematyczny model, pozwalający im przewidzieć, jaki kolor otrzymają w danych warunkach, a następnie przetestowali go w laboratorium.
      Na szalce Petriego stworzyli cały zbiór kropli o identycznych rozmiarach, a następnie oświetlili je pojedynczym promieniem białego światła. Następnie całość rejestrowali za pomocą kamery, która krążyła wokół szalki. Zaobserwowali dzięki temu jak zmieniają się kolory w miarę zmiany kąta obserwacji. W ramach innego eksperymentu stworzyli na szalce krople o różnych rozmiarach i sprawdzali, jaki ma to wpływ na kolor. Okazało się, że w miarę jak kropla była coraz większa uzyskany kolor był coraz bardziej czerwony, ale po przekroczeniu pewnej granicy wielkości kropli powracał do niebieskiego. To zjawisko, które było zgodne z modelem teoretycznym, gdyż im większa kropla tym większe przesunięcie faz promieni światła.
      Ponadto sprawdzono też wpływ krzywizn kropli na kolor. Różne krzywizny uzyskano umieszczając krople na mniej lub bardziej hydrofobowych podłożach.
      Co jednak najbardziej interesujące z punktu widzenia praktycznych zastosowań, uczeni uzyskali podobne efekty w stałym materiale. Wydrukowali krople o różnych kształtach, wielkościach i z różnego rodzaju przezroczystych polimerów, a po poddaniu ich działaniu promieni światła okazało się, że również i w ten sposób można uzyskiwać żywe kolory.
       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Autorzy globalnego studium zauważyli niezwykły paradoks – w miarę postępów globalnego ocieplenia zwiększa się ilość opadów, a jednocześnie zmniejszają się zasoby wody pitnej.
      Badania, najszerzej na świecie zakrojone studium opadów i rzek, zostały przeprowadzone przez zespół profesora Ashisha Sharmy z australijskiego Uniwersytetu Nowej Południowej Walii. Naukowcy wykorzystali dane z 43 000 stacji monitorujących opady i 5300 stacji monitorujących rzeki w 160 krajach.
      To coś, co przegapiono. Spodziewaliśmy się, że ilość opadów będzie rosła, gdyż cieplejsze powietrze może przechować więcej wilgoci. To samo przewidują tez modele klimatyczne. Nie przewidzieliśmy jednak, że w obliczu zwiększonych opadów rzeki będą wysychały, mówi Sharma.
      Sądzimy, że przyczyną tego stanu rzeczy jest wysychanie gleby w zlewniach rzek. Tam, gdzie kiedyś przed opadami było wilgotno, dzięki czemu nadmiar wody z opadów spływał do rzek, jest teraz bardziej sucho. Więcej wody wsiąka w glebę, a mniej trafia do rzek. Mniej wody w rzekach oznacza mniej wody dla miast i rolnictwa. Tymczasem bardziej sucha gleba to konieczność zwiększonego nawadniania pól. Co gorsza, ten schemat obserwujemy na całym świecie, dodaje uczony.
      Już w tej chwili na każde 100 kropli opadów do rzek i jezior trafia 36 kropli. To woda dostępna dla człowieka. Pozostałe 64 krople zostają zatrzymane w glebie. Im bardziej sucha gleba, tym mniej kropli spłynie do rzek i jezior.
      Mniej wody trafia tam, gdzie możemy ją później wykorzystać. W tym samym czasie pojawia się więcej opadów, co przeciąża infrastrukturę kanalizacyjną w miastach, prowadząc do większej liczby podtopień, stwierdza Sharma.
      Profesor Mark Hoffman chwali badania Sharmy. Zmiana klimatu wciąż dostarcza nam niemiłych zaskoczeń. Naszą rolą, jako inżynierów, jest zidentyfikowanie problemu i znalezienie rozwiązania, mówi.
      Sharma i jego zespół zauważyli już wcześniej, że pomimo zwiększenia się liczby ekstremalnych opadów, nie dochodzi do zwiększenia liczby ekstremalnych powodzi. Przyczynę tego stanu rzeczy upatrują w bardziej suchej glebie oraz mniejszym zasięgu terytorialnym ekstremalnych opadów. Jednak ekstremalne powodzie to zjawiska, które są zbyt potężne, by napełnić zbiorniki przeznaczone na wodę pitną dla ludzi. Mogą być one za to napełnione przez słabsze powodzie. Problem w tym, że, zdaniem Sharmy, ogólna liczba powodzi się zmniejsza. Uczony wskazuje tutaj na wcześniejsze badania Amerykanów, którzy stwierdzili, że przy ekstremalnie dużych opadach, jeśli gleba była wilgotna przed opadami, to 62% wody opadowej składa się na powódź. Jeśli zaś gleba była wcześniej sucha, to powódź tworzy 13% wody opadowej.
      To sprzeczne z tym, co czytamy w raportach IPCC, w których przewiduje się rosnącą liczbę powodzi. Jednocześnie jednak wskazuje nam to na potencjalnie groźny scenariusz. Niewielkie powodzie są bardzo ważne, gdyż napełniają zbiorniki, z których czerpiemy wodę. Jednak powodzi jest coraz mniej, bo gleba wchłania wodę. Nawet jeśli pojawi się naprawdę duży deszcz, to gleby są tak suche, że pochłaniają więcej wody niż wcześniej. Mniej więc trafia tam, skąd możemy ją czerpać, wyjaśnia Sharma. Dotychczas wszyscy mieli obsesję na punkcie powodzi i nie zwracali uwagę na znacznie ważniejszy element równania, wodę trafiającą do zbiorników, dodaje.
      Zdaniem Sharmy, mamy dwa wyjścia. Możemy poczekać, aż ludzie zmniejszą emisję gazów cieplarnianych i klimat się ochłodzi, co jednak zajmie dużo czasu. Możemy też przebudować infrastrukturę przechowującą i dostarczającą wodę, dostosować systemy kanalizacyjne w miastach i przenieść uprawy wymagające dużych ilości wody w tereny, gdzie ta woda będzie.
      Konieczne będą prace inżynieryjne na masową skalę. Jednak jest to możliwe. W miejscach takich jak Arizona czy Kalifornia roczne opady wynoszą zaledwie około 400 milimetrów, a mimo to, dzięki odpowiedniej infrastrukturze, zamieniono niegościnne tereny w miejsca, gdzie żyje olbrzymia liczba ludzi. Popatrzmy chociażby na infrastrukturę w australijskich Snowy Mountains. Składa się ona z szesnastu głównych zapór, siedmiu elektrowni wodnych, stacji pomp i 225 kilometrów tuneli. Woda z topniejącego śniegu jest wykorzystywana tam zarówno do generowania energii jak i do nawadniania pól.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zespół z Universidad de Extremadura przeanalizował pisma naukowców, historyków i kronikarzy z Kalifatu Abbasydów z okresu Islamskiego Złotego Wieku. Szukano wzmianek i szerszych opisów anormalnych wzorców pogodowych (Weather).
      Rekonstruowanie klimatu pozwala na porównywanie historii ze współczesnymi zdarzeniami pogodowymi, pozwala też spojrzeć na dzisiejszą zmianę klimatu w szerszym kontekście. Odtwarzanie przeszłego klimatu na podstawie danych historycznych, a nie naturalnych nie jest zbyt częste ze względu na ograniczoną dostępność materiału. W zeszłym roku prof. Rob MacKenzie z Uniwersytetu w Birmingham oraz prof. Roger Timmis z Environment Agency postanowili np. zbadać naloty bombowe aliantów w czasie drugiej wojny światowej, by określić wpływ smug kondensacyjnych pozostawianych przez samoloty na angielski klimat. Warto też wspomnieć o studium, w którym wykorzystano dzienniki z XVIII-wiecznych statków.
      W najnowszym badaniu Hiszpanie korzystali z arabskich dokumentów z IX i X w. n.e. Historycy i polityczni komentatorzy skupiali się na zdarzeniach społeczno-religijnych, ale niekiedy odnosili się do zjawisk pogodowych. Informacje klimatyczne uzyskane z tych źródeł odnoszą się głównie do zjawisk ekstremalnych, mających wpływ na większe populacje, np. do susz lub powodzi. Dokumentują jednak także warunki, które były stosunkowo rzadkie w ówczesnym Bagdadzie, takie jak gradobicie, zamarzanie rzek, a nawet przypadki opadów śniegu - opowiada dr Fernando Domínguez-Castro.
      W 891 r. n.e. berberyjski geograf Al-Jakubi napisał, że Bagdad ze swoimi gorącymi latami i chłodnymi zimami - czyli warunkami sprzyjającymi rolnictwu - nie ma sobie równych na całym świecie. Mimo że w wyniku wielu historycznych zawieruch sporo dokumentów uległo zniszczeniu, dane meteorologiczne można uzyskać choćby z prac Al-Tabariego (zm. w 913 r. n.e.), Ibn al-Asira (zm. w 1232 lub 1233 r. n.e.) oraz Jalaluddina Al-Suyutiego (zm. 1505 AD).
      Analiza wykazała, że w pierwszej połowie X w. wzrosła liczba epizodów ochłodzeń; odnotowano znaczny spadek temperatury w lipcu 920 r. oraz opady śniegu w 908, 944 i 1007 r. Jedyny przypadek opadów śniegu we współczesnym Bagdadzie miał miejsce w 2008 r. Spadek temperatury w X w. nastąpił bezpośrednio przed średniowiecznym optimum klimatycznym. Sądzimy, że zdarzenie z 920 r. może mieć związek z wielką erupcją wulkaniczną, ale trzeba kolejnych badań, by to potwierdzić.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Opadające krople deszczu trą o powietrze, przez co energia kinetyczna zarówno kropli jak i powietrza zamieniana jest w energię cieplną i zostaje rozproszona. Grupa matematyków policzyła ilość rozpraszanej w ten sposób energii i ze zdumieniem odkryła, że opady deszczu mogą być bardzo istotnym składnikiem ogólnego bilansu energetycznego atmosfery.
      Matematycy Olivier Pauluis z New York University oraz Juliana Dias z Narodowej Administracji Oceanów i Atmosfery (NOAA) wykorzystali dane uzyskane przez program Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM). Z ich obliczeń wynika, że pomiędzy 30. stopniem szerokości północnej a 30. stopniem szerokości południowej, rozproszenie energii wskutek tarcia kropli deszczu o powietrze średnio 1,8 wata na metr kwadratowy. Spadające krople wody i kryształki lodu stanowią minimalną część masy atmosfery, jednak, jak się okazuje, prowadzą do rozproszenia olbrzymich ilości energii.
      Specjaliści przewidują, że w miarę jak klimat będzie się ocieplał, opady staną się bardziej intensywne. Co więcej krople będą miały dłuższą drogę do przebycia, gdyż para wodna będzie kondensowała na większych wysokościach. Pauluis uważa, że na każdy stopień wzrostu temperatury ilość rozpraszanej energii wzrośnie o kilka procent. Wyliczenia te są zgodne z wcześniejszymi modelami klimatycznymi. Spodziewamy się, że wraz ze wzrostem temperatury wielkoskalowe cyrkulacje powietrza w tropikach, takie jak komórka Hadleya czy komórka Walkera osłabną - mówią uczeni. Można zatem spodziewać się osłabnięcia pasatów, które są częścią obu komórek.
      Nie osłabną za to huragany. Są one bowiem zależne nie od energii zgromadzonej w atmosferze a od temperatury powierzchni oceanów. Eksperci zapowiadają wzrost siły tych wiatrów.
×
×
  • Create New...