本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
稀薄、斑駁的雲層，其團簇似乎不斷形成、消散和重新出現，可能並非只是隨機流動。至少當這些雲場出現在海洋上空時，它們的週期和模式實際上非常規律，一項新研究解釋了降水如何使這些雲的積聚緊密地結合在一起。解讀這些常見、輕柔的雲層令人驚訝的嚴格秩序，對於建立更可靠的氣象和氣候模型具有重要意義。
雲的物理學幾十年來一直困擾著科學家和業餘愛好者。但是，強大的計算機建模使得能夠對雲內部和雲之間發生的複雜動力學進行新的觀察。
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“雲以獨特的模式組織起來，這些模式是無數物理過程的指紋，”國家海洋和大氣管理局系統研究實驗室化學科學部的Graham Feingold在Boulder，Co.的一份準備好的宣告中說。 而且這些海洋雲似乎有它們自己獨特的物理語言。“雲場的組織方式使得它們的組成部分彼此‘溝通’併產生有規律的週期性降雨事件，”Feingold說，他也是這項新研究的主要作者，該研究發表在8月12日出版的《自然》雜誌上（《大眾科學》是自然出版集團的一部分）。
一般雲理論認為，雲結構主要由溫度變化、變暖與冷卻轉變決定。但是，這項新工作加入了一個不斷增長的文獻體系，該體系指出降水是決定雲的形狀和行為方式的驅動因素。
海洋層積雲似乎遵循經典的瑞利-貝納德對流原理執行，其中水分在兩個水平面之間流動，在本例中是低雲和海洋表面。當底部足夠溫暖時，較低的潮溼空氣上升，將較冷的空氣向下推。如果底部的表面均勻受熱並且允許自由流動交換，則頂部的表面將分成蜂窩狀的六邊形——一系列Y形交叉點——這種模式最適合熱傳遞。在海洋溫度和海風不均勻的混亂世界中，由此產生的雲以不太完美的蜂窩狀形成顯現，但研究人員指出，這種模式似乎仍然存在。在調整照片以考慮風速和其他擾動後，Feingold和他的團隊看到了清晰的六邊形形狀。
研究人員發現，這些雲層形成建立了覆蓋範圍的平衡，在舊的雲細胞因陣雨而排空後，會重新形成新的雲細胞。
落下的雨水產生向下氣流。當這股氣流遇到海洋表面時，它會向兩側推開，遇到其他氣流並作為加熱的溼潤空氣上升，形成新一批雲並重新啟動降雨迴圈。“隨著舊的降水區消散，新的降水區透過細胞之間的區域性相互作用產生，”研究人員在研究中指出。
透過計算機模型執行這種動態，並利用針對現實世界混合物（例如已知會影響雨滴形成的懸浮顆粒氣溶膠）的演算法進行增強，研究團隊能夠跟蹤雲的形成和變形，因為數字層積雲模仿了真實的雲。模擬的迴圈使雲在幾個小時的過程中消散並重新形成。然後，該小組根據此類雲層的照片以及來自船上的雷射和雷達讀數驗證了他們的發現。
“總而言之，這些分析表明，重組是降水的結果，並且屬於這種系統的雲幾乎一致地降雨，”Feingold說。“雨水使振盪的開放蜂窩模式保持運動。”
研究人員指出，這是自組織的一個例子，自組織是一種在整個科學領域都能看到的現象，例如鳥群、雷射發射甚至自由市場經濟。“自組織的基本原則是，系統範圍內的秩序是從系統元件之間的區域性相互作用或競爭中產生的，”研究人員在他們的論文中解釋道。
新的計算機分析使研究人員能夠專注於氣溶膠在決定這種輕微、變化的雲層覆蓋的存在方面所起的重要作用。該小組發現，空氣中氣溶膠越多，往往會導致更大、更厚的雲，而這些雲產生的雨水更少。雨水越少意味著蜂窩狀模式的振盪越少，雲層覆蓋中的開放“孔洞”越少——因此來自太陽的反射光更多，表面溫度更低。
“雲的模式影響有多少太陽能量被反射回太空，”太平洋西北國家實驗室（位於華盛頓州里奇蘭）的王海龍和新論文的合著者在一份準備好的宣告中指出。“透過能夠在計算機模型中模擬這些雲，我們可以更深入地瞭解這種現象背後的物理學原理。這將有助於我們更好地解釋真實大氣中的測量結果，並在氣候模型中表示這些雲。”
在那之前，觀天者可以花更多時間嘗試拼湊出這些對話的雲朵。
蜂窩狀雲的影像由NASA提供