Merevolusi Prakiraan Cuaca: Ilmuwan Menguraikan Hambatan Pembentukan Hujan
Sebuah studi oleh para peneliti NSF NCAR menunjukkan bahwa turbulensi secara signifikan mempercepat pembentukan hujan di awan, berdasarkan simulasi canggih dan knowledge dari kampanye lapangan NASA. Penemuan ini sangat penting untuk meningkatkan prakiraan cuaca dan iklim.
Temuan baru memiliki potensi untuk meningkatkan mannequin komputer yang digunakan untuk prediksi cuaca dan iklim.
Selama beberapa dekade, para ilmuwan telah berusaha mengungkap rangkaian peristiwa rumit dan misterius yang memungkinkan titik-titik kecil di awan tumbuh cukup besar hingga jatuh ke tanah. Memperoleh pemahaman yang lebih mendalam tentang proses ini, yang dikenal sebagai “hambatan pembentukan hujan,” sangat penting untuk meningkatkan simulasi mannequin komputer tentang cuaca dan iklim, yang pada gilirannya menghasilkan prakiraan yang lebih akurat.
Kini, tim peneliti yang dipimpin para ilmuwan di Pusat Penelitian Atmosfer Nasional Yayasan Sains Nasional AS (NSF NCAR) telah menemukan bahwa pergerakan udara yang bergejolak di awan berperan penting dalam pertumbuhan tetesan dan permulaan hujan.
Para peneliti menerapkan pemodelan komputer tingkat lanjut untuk pengamatan rinci tetesan di awan kumulus yang diambil selama NASA kampanye lapangan. Hal ini memungkinkan mereka melacak dampak turbulensi pada tetesan embrio yang akhirnya menyatu menjadi tetesan hujan.
“Penelitian ini menunjukkan bahwa efek turbulensi pada penggabungan tetesan sangat penting bagi evolusi ukuran tetesan dan permulaan hujan,” kata ilmuwan NSF NCAR Kamal Kant Chandrakar, penulis utama. “Turbulensi di awan kumulus secara substansial mempercepat curah hujan dan menyebabkan jumlah hujan yang jauh lebih banyak.”
Chandrakar dan rekan-rekannya menemukan bahwa hujan terbentuk sekitar 20 menit lebih awal dalam simulasi komputer dengan turbulensi dibandingkan dalam simulasi komputer tanpa turbulensi. Massa air hujan lebih dari tujuh kali lebih tinggi dalam simulasi yang menyertakan turbulensi.
Studi ini dipublikasikan dalam jurnal Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional. Proyek ini didanai oleh NASA, Departemen Energi AS, dan NSF.
Dari tetesan air kecil hingga hujan
Proses terjadinya hujan dimulai ketika titik-titik air kecil di awan mengembun di sekitar partikel-partikel debu, garam, atau materials lain yang berukuran mikroskopis, yang disebut inti kondensasi awan (CCN). Saat jutaan titik air saling bertabrakan, mereka menyatu menjadi titik-titik air yang lebih besar yang akhirnya menjadi cukup berat untuk jatuh dari awan.
Pembentukan titik-titik hujan dapat bervariasi dalam berbagai kondisi, seperti distribusi berbagai ukuran titik-titik awan serta faktor-faktor lain seperti gerakan turbulen dan sifat-sifat partikel di awan.
Mewakili proses ini dengan benar dalam mannequin komputer tentang peristiwa cuaca dan sistem iklim sangat penting untuk meningkatkan keandalan model-model ini. Penggabungan tetesan air penting tidak hanya untuk memprediksi curah hujan secara akurat, tetapi juga untuk lebih memahami evolusi awan dan sejauh mana awan memantulkan panas kembali ke angkasa, sehingga memengaruhi suhu.
Untuk mengungkap inisiasi curah hujan, Chandrakar dan rekan-rekannya beralih ke pengamatan distribusi ukuran tetesan yang diambil oleh pesawat penelitian yang terbang ke awan kumulus kongestus selama kampanye lapangan NASA tahun 2019, Eksperimen Proses Awan, Aerosol, dan Musim Hujan Filipina (CAMP2Ex).
Dengan menggunakan mannequin komputer khusus, tim peneliti mengembangkan serangkaian simulasi resolusi tinggi untuk menciptakan kembali kondisi awan yang diamati selama kampanye dan melihat bagaimana tetesan menyatu dengan aliran turbulen yang berbeda.
Simulasi menunjukkan peran penting turbulensi dalam penentuan waktu dan tingkat curah hujan. Simulasi juga menunjukkan bahwa keberadaan CCN besar, yang telah menjadi fokus beberapa teori pembentukan hujan, tidak dapat menjelaskan ukuran dan evolusi tetesan yang diamati. Dalam simulasi dengan CCN besar dan turbulensi kecil, penggabungan tetesan terjadi lebih lambat dan menghasilkan lebih sedikit hujan.
“Perkembangan hujan sangat penting bagi awan, cuaca, dan seluruh sistem iklim,” kata Chandrakar. “Pemahaman yang lebih baik tentang proses ini dapat membuka jalan menuju perbaikan signifikan dalam mannequin komputer kita dan pada akhirnya dalam prakiraan cuaca dan proyeksi iklim yang membantu melindungi masyarakat.”
Referensi: “Apakah efek turbulensi pada tumbukan-penggabungan tetesan merupakan kunci untuk memahami pembentukan hujan yang diamati di awan?” oleh Kamal Kant Chandrakar, Hugh Morrison, Wojciech W. Grabowski dan R. Paul Lawson, 25 Juni 2024, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
DOI: 10.1073/pnas.2319664121
Materi ini didasarkan pada pekerjaan yang didukung oleh Pusat Penelitian Atmosfer Nasional NSF, fasilitas utama yang disponsori oleh Yayasan Sains Nasional AS dan dikelola oleh College Company for Atmospheric Analysis.
