تتشكل غالباً بالقرب من السواحل الغربية للقارات في المناطق المناخية شبه الاستوائية، وتمتد فوق المحيطات على مساحات تصل إلى آلاف الكيلومترات المربعة
وغالباً ما تتشكل السحب المنخفضة المطرية، والمعروفة باسم "طبقية ركامية بحرية"، بالقرب من السواحل الغربية للقارات في الأحزمة المناخية شبه الاستوائية، وتمتد فوق المحيطات على مساحات تصل إلى آلاف الكيلومترات المربعة.
تشكل هذه السحب أنظمة منظمة بشكل لا يصدق. تكشف صور الأقمار الصناعية عن نمط رائع: شبكات مثالية تقريبًا من الخلايا السحابية المغلقة السداسية، مثل خلايا النحل البيضاء الناعمة. وتحتوي مناطق أخرى على خلايا مفتوحة، حيث تتركز السحب حول حدود الخلايا. قد تستمر هذه الأنظمة السحابية لساعات.
وألقى علماء من معهد وايزمان للعلوم، مع شركائهم البحثيين من إدارة الغلاف الجوي والمحيطات الأمريكية، NOAA، من جامعة بكين ومختبرات PNNL في واشنطن، ضوءا جديدا على لغز تكوين هذه الخلايا السحابية، وكشفوا عن بعض من أسرارها. المبادئ الأساسية التي تحكمهم. قد توفر النتائج الناشئة عن هذه الدراسة رؤى جديدة حول العمليات المناخية المختلفة. وتبين أن الغطاء الأبيض الناصع للسحب في الخلايا المغلقة يعكس إشعاع الشمس إلى الفضاء، مما يساهم في تبريد المناخ على الأرض. وفي المقابل، تعكس الخلايا المفتوحة إشعاعًا أقل بكثير.
يقول الدكتور إيلان كورين، من قسم علوم البيئة وأبحاث الطاقة في كلية الكيمياء بمعهد وايزمان للعلوم: "إن عملية تكوين الخلايا السحابية تشبه إلى حد ما الماء المغلي". "إن الاختلاف الكبير في درجة الحرارة، بين قاعدة الغلاية المسخنة وسطح الماء البارد نسبيًا، يسبب حركة مستمرة - وهو نوع من التحريك الرأسي لأعمدة الماء. يرتفع الماء الدافئ إلى السطح، ثم يبرد، ثم يهبط إلى القاع، ثم يسخن مرة أخرى، ولا سمح الله، في عملية تسمى "حمل رايلي-برنارد". وتتسبب عملية مماثلة في تكوين الخلايا السحابية."
قام الدكتور كورن والدكتور جراهام فينجولد، من مختبر الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) في كولورادو، بدراسة دور المطر في الأنظمة البحرية المفتوحة للسحب الطبقية الركامية. وفحصوا، باستخدام صور الأقمار الصناعية، كيفية تقدم هذه الأنظمة وتطورها على مدار ساعات وأيام. وفي وقت لاحق، قاموا بإنشاء نماذج رياضية سمحت لهم بالكشف عن المبادئ التنظيمية للأنظمة السحابية. وبهذه الطريقة تمكنوا من اكتشاف آلية التغذية الراجعة - التي يلعب فيها المطر دورًا مركزيًا - والتي تجعل الخلايا تتأرجح بين الحالات المفتوحة.
يبدأ النموذج بحالة تتشكل فيها السحب عند حدود ("جدران") الخلايا المفتوحة، نتيجة ارتفاع بخار ماء البحر في الغلاف الجوي. وبعد فترة قصيرة نسبيًا، يتحول هذا الماء إلى مطر، مما يخلق ديناميكية معاكسة لتلك التي خلقت السحب في البداية. في المراحل الأولية لتكوين السحب، تؤدي الطاقة المنطلقة مع تكثيف البخار المتصاعد إلى زيادة تدفق الهواء إلى الأعلى. ولكن بعد ذلك، عندما يبدأ المطر في التساقط والتبخر تحت قاعدة السحابة، يزداد تأثير التبريد. يؤدي التبريد إلى هبوط الهواء - وهو ما يؤدي إلى تدفق "السحابة الأم" إلى الأسفل (السحب السفلي). الهواء الهابط يجبر الهواء المحيط به على الارتفاع، وهكذا يتشكل الجيل القادم من السحب، في الموقع الذي كان فيه المركز الفارغ للخلية السحابية "الأم" من قبل.
لذلك، ترتبط جميع الخلايا ببعضها البعض، وفي الواقع، يتم توقيت جميع تذبذبات الخلايا أيضًا. لا يمكن لخلية واحدة أن تعمل بمفردها: يجب أن تعمل كجزء من "الشبكة". وهي تعتمد في بعض النواحي على تعاون جيرانها. دكتور كورين: "مثل الصوت الذي تصدره العديد من أزواج الأيدي التي تصفق بإيقاع، أو ومضات اليراعات الموقوتة في ليلة صيفية، يؤدي هذا الاتصال إلى إنتاج نظام ذاتي التنظيم يتأرجح باستمرار." وعلى الرغم من أن الخلايا الفردية تنظف أو تمتلئ بالسحب بشكل متقطع، إلا أن النظام بأكمله يبقى لعدة أيام، لذلك يتحدث العلماء عن "الاستقرار الديناميكي" في الغطاء السحابي.
وفي دراسة سابقة، درس الدكتور كورين دور الجزيئات الصغيرة - الطبيعية والاصطناعية - في الغلاف الجوي، في إنتاج السحب وهطول الأمطار.
وبما أن هذه الجسيمات، التي تسمى الهباء الجوي، تؤثر على حجم قطرات الماء التي تتشكل في السحابة (وهو ما يؤثر على هطول الأمطار)، فهو يعتقد أن ديناميكيات أنظمة الركام الطبقي البحري قد تتأثر أيضًا بالنشاط البشري. إذا كان هذا المفهوم صحيحا، فمن الممكن أن يكون تأثيرنا على توازن الطاقة في النظام المناخي أكبر مما هو مقدر حاليا.
