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Novo lidar com resolução de 1 centímetro, capaz de detectar fótons individuais e gerar imagens 100 a 1.000 vezes mais nítidas, revela diferenças estruturais no topo das nuvens e aponta limitações em modelos atmosféricos usados para prever precipitação e balanço energético da Terra
Pesquisadores do Laboratório Nacional de Brookhaven desenvolveram um novo lidar capaz de analisar o topo das nuvens com resolução de aproximadamente 1 centímetro, tornando as medições entre 100 e 1.000 vezes mais nítidas e revelando diferenças estruturais inéditas nas nuvens.
As nuvens, vistas do alto como formações brancas e fofas com manchas azul-acinzentadas, sempre intrigaram cientistas quanto à física que governa seu topo. Agora, um novo tipo de lidar permitiu observar essas estruturas com precisão sem precedentes.
O equipamento foi desenvolvido nas instalações do Laboratório Nacional de Brookhaven, em Long Island, Nova York. Trata-se de um dispositivo de sensoriamento remoto a laser que captura detalhes minuciosos das estruturas das nuvens em escala centimétrica.
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O lidar alcança resolução de aproximadamente 1 centímetro, o equivalente a 0,4 polegadas. Isso o torna de 100 a 1.000 vezes mais nítido do que instrumentos tradicionais utilizados para estudar nuvens.
O estudo foi publicado nos Anais da Academia Nacional de Ciências, Proceedings of the National Academy of Sciences. Nele, Brookhaven e colaboradores combinaram o novo lidar com experimentos realizados em câmaras atmosféricas controladas.
Nuvens sob ultra-alta resolução
Segundo os pesquisadores, o novo lidar fornece imagens de ultra-alta resolução da dinâmica das nuvens. O sistema detecta e conta fótons individuais, partículas sem massa que transportam luz, emitidos após pulsos de laser ultrarrápidos atingirem a nuvem.
Um algoritmo personalizado de amostragem de dados converte os sinais dos fótons em um perfil detalhado da estrutura da nuvem. O dispositivo foi descrito como essencialmente um microscópio para nuvens pelo autor principal do estudo, Fan Yang, pesquisador de Brookhaven.
A equipe utilizou o equipamento em uma câmara de nuvens em Michigan. Nesse ambiente controlado, foi possível gerar nuvens artificialmente sob condições específicas de temperatura e umidade escolhidas pelos pesquisadores.
Isso permitiu documentar com precisão como as gotículas se distribuem por toda a nuvem. Um vídeo capturado por câmera acima da câmara mostra a fronteira onde o ar encontra o topo da nuvem.
Na parte superior da imagem, observa-se o ar girando e correntes descendentes de ar externo alterando visivelmente a estrutura superior da nuvem em comparação com seu interior.
Diferenças entre topo e interior das nuvens
A pesquisa resultou na primeira descrição experimental capaz de diferenciar as estruturas de água no topo e no interior das nuvens. Essas características determinam como as nuvens evoluem, formam precipitação e afetam o balanço energético da Terra.
As medições revelaram grande variação na distribuição das gotículas no topo da nuvem. Já no restante da nuvem, a distribuição mostrou-se mais uniforme.
Os pesquisadores constataram que modelos existentes eram insuficientes para descrever a física das nuvens. A discrepância ficou evidente especialmente na camada superior, onde os padrões observados diferem das previsões tradicionais.
Essa variação estrutural ajuda a explicar por que representações simplificadas podem falhar ao simular corretamente o comportamento das nuvens em modelos atmosféricos.
Arrastamento e sedimentação nas nuvens
Os cientistas atribuem as diferenças a dois processos principais: arrastamento e sedimentação. O arrastamento puxa ar limpo e seco acima da nuvem para baixo, gerando distribuição irregular de gotículas na camada mais alta.
A sedimentação separa automaticamente as gotículas de acordo com o tamanho. Gotículas mais pesadas caem mais rapidamente dentro das nuvens, enquanto as mais leves permanecem suspensas por mais tempo.
No interior denso da nuvem, a turbulência costuma ser forte. Isso promove mistura imediata e distribuição mais uniforme das gotículas.
No topo das nuvens, entretanto, a turbulência é mais fraca. Como resultado, apenas gotículas relativamente pequenas permanecem suspensas nessa região.
Yang explicou que muitos modelos atmosféricos negligenciam completamente a sedimentação das gotículas ou representam diferentes tamanhos com uma única velocidade de queda. Essa simplificação é considerada razoável na região central da nuvem.
Porém, segundo ele, essa abordagem deixa de funcionar perto do topo da nuvem, onde a turbulência é mais fraca e os efeitos se tornam mais complexos.
Implicações para modelos e previsões
As descobertas têm implicações significativas para a ciência atmosférica. Representações imprecisas da física do topo das nuvens podem introduzir incertezas substanciais nas previsões sobre como as nuvens refletem a luz solar e desencadeiam a chuva.
Os pesquisadores argumentam que compreender melhor essas estruturas é essencial para aperfeiçoar modelos que avaliam o balanço energético da Terra.
O objetivo futuro é utilizar o lidar para medir diretamente as nuvens na atmosfera real. Isso permitiria comparar os resultados obtidos em laboratório com condições naturais.
Os cientistas reconhecem que uma câmara de nuvens não representa perfeitamente a dinâmica das nuvens na vida real. Ainda assim, afirmam que os avanços tecnológicos permitiram chegar muito perto dessa realidade.
Ao revelar que as nuvens são mais estranhas no topo do que se imaginava, o novo lidar abre caminho para revisões nos modelos existentes e para medições mais precisas da fisica 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.