科学家打造"箱中云"以破解大气谜团

科学家打造"箱中云"以破解大气谜团

(Brookhaven National Laboratory)

(Brookhaven National Laboratory)

布鲁克海文国家实验室的新型云室使研究人员能够在受控条件下研究云的形成过程。布鲁克海文国家实验室的大气科学家和工程师成功研制出一种被称为"箱中云"（cloud in a box）的可编程大气环境，旨在帮助研究人员揭示云形成与演变行为背后的基础科学奥秘。这一成就标志着大气科学领域的重大突破，因为云迄今仍是天气和气候模式中最大的不确定性来源之一。

在一个一立方米的金属云室内，研究人员最近观察到被绿光照亮的微小粒子旋转升腾形成薄雾，继而凝聚成一缕云朵。"我们见证了云的诞生，"布鲁克海文大气科学家Arthur Sedlacek在新闻稿中说道，"那一刻充满了激动、欣喜，还有如释重负。"

(Brookhaven National Laboratory)

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该对流云室（convection cloud chamber）通过结合云形成所需的关键要素来工作：过饱和空气与气溶胶粒子。科学家加热云室底部的水体，产生温暖潮湿的空气，这股气流上升并与顶部冷板下来的冷空气混合。当他们向环境中注入食盐等气溶胶粒子时，水蒸气便在这些"凝结核"（seeds）上凝结，形成云滴。该云室能够将湍流云维持在稳态数小时，从而可以进行在自然条件下不可能实现的重复测量。

尽管云在调节地球能量平衡、大气水分输送以及风暴形成等方面发挥着关键作用，许多基础问题仍未得到解答。"我们学界长期存在的一个未解难题是，毛毛雨或雨滴如何在暖云中形成，"Sedlacek在新闻稿中表示，"为什么有些云会产生降水，而另一些则不会？"传统的外场观测（field research）需要驾驶特制飞机穿越云层，但每次穿越捕捉到的云团自上次测量以来已经发生了变化。

这座新设施是美国仅有的两座对流云室之一，为实验条件提供了前所未有的可控性。研究人员可以调节加热和冷却面板来操控相对湿度、温度和湍流强度，同时利用激光和雷达等先进成像技术在不物理扰动云体的情况下追踪其发展。研究人员表示，未来这项工作可能超越云物理学范畴，拓展到研究大气条件如何影响能源基础设施，以及花粉和病原体等生物粒子在大气中的传输过程。

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