人工冰雹可提供更准确的天气预报

当被称为 Bernd 的低压系统决定在 2021 年夏天将自己停放在中欧部分地区时，与过度降雨事件相关的危害以由此产生的灾难性洪水的形式变得非常明显。天气记录显示，由于气候变化，干旱、暴雨和冰雹等极端自然事件可能在世界这一地区更频繁地发生。他们的后果可能变得更具破坏性。例如，冰雹会对农作物、车辆和建筑物造成损害，而且对暴露在外的人类和动物也可能是危险的。因此，更重要的是天气模型能够更准确地预测任何此类降水的可能性和范围。为了这，,,Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) 的垂直风洞是世界上唯一的一个，它通过使用 3D 打印机制造的人造冰雹进行的新实验，提供了这方面的重要信息。,JGU 大气物理研究所 (IPA) 的 Miklós Szakáll 博士解释说：“到目前为止，我们了解到的一件事是，冰雹的形式决定了它们在撞击前的速度。” Szakáll 的团队已经能够证明，与具有光滑表面的冰雹相比，叶状冰雹产生的动能更少，因此破坏力也更小。他们的研究发表在《大气科学杂志》上。,当水滴在暴风云中结冰时，会形成冰雹和霰——这是用来描述沉淀的小而软的冰粒的术语。这种冻结过程是由这些云中的湍流和复杂的物理过程促进的，这些云可以延伸到非常高的高度。如果这些冰粒在下降的过程中穿过温暖的空气层，它们就会融化。结果是大而冷的雨滴，这些通常是极端降雨降水的罪魁祸首。假设冰粒在到达地面之前没有时间完全融化，它们以冰雹或霰粒的形式到达。,天然和人造冰雹的实验,云内部的条件决定了这些冷冻液滴的特征形式、大小和质量。“在我们对天然冰雹的实验中，我们看到它们融化形成直径可达几毫米的雨滴。大冰雹在融化过程中也可能破裂，形成许多小水滴，”Szakáll 补充道。从记录的测量结果中，他的团队能够推断出可以用作计算机模型中云和降水数值模拟的主要元素的参数。,美因茨的研究小组在实验室里用冰冻的水制造了冰雹和霰粒。研究人员利用现实的温度和湿度条件，仔细观察了它们是如何在垂直风洞中掉落或融化的。此外，他们还使用 3D 打印机制造了仿照自然对应物的人造冰雹和霰粒——甚至材料密度与冰的密度相对应。他们用这些来测量下降物体的自由落体特性，这些因素与极端降水事件中的微物理过程特别相关。,在六米高的风洞中，冰雹和霰粒粒自由悬浮在人工产生的垂直气流中。他们的行为是使用高速和红外相机以及专门开发的全息成像系统记录的。,“如果我们将通过这些实验获得的降水微观物理方面的见解应用到用于分析暴风云的模型中，我们可以更好地预测它们会做什么，”IPA 的斯蒂芬博尔曼教授和马克斯普朗克的主任解释说化学研究所。Borrmann 强调说：“鉴于极端天气事件(例如干旱和暴雨)可能会因气候变化而在我们所在的地区发生，这一点变得尤为重要。”,美因茨的实验是在德国研究基金会 (DFG) 赞助的 HydroCOMET 项目的支持下进行的。研究结果已发表在五个同行评审期刊上，并作为书籍供稿。,审查 HydroCOMET 调查结果的专家对在美因茨进行的实验室实验和相关出版物提供了非常积极的评估。他们特别强调了现有基础设施(即垂直风洞)所发挥的重要作用。