Hurricane dynamics and cloud microphysics
ઉષ્ણકટિબંધીય સંવહન વાદળો પૃથ્વીની આબોહવા પ્રણાલીમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. સુપ્ત ગરમીનું સંવહન અને પ્રકાશન સપાટી પરથી ઊર્જાને ઉપલા વાતાવરણમાં પરિવહન કરે છે. વાદળો અંતર્ગત સમુદ્ર કરતાં ઊંચો આલ્બેડો ધરાવે છે, જે વધુ આવતા સૌર કિરણોત્સર્ગને અવકાશમાં પાછા પ્રતિબિંબિત કરે છે. ઉષ્ણકટિબંધીય પ્રણાલીઓની ટોચ પૃથ્વીની સપાટી કરતાં ઘણી ઠંડી હોવાથી, ઉચ્ચ સંવહન વાદળોની હાજરી આબોહવા પ્રણાલીને ઠંડી પાડે છે. ઉષ્ણકટિબંધમાં સૌથી વધુ ઓળખી શકાય તેવી વાદળ પ્રણાલી ચક્રવાત છે. ઉષ્ણકટિબંધીય હવામાન પ્રણાલીઓની મહત્વપૂર્ણ આબોહવાની અસરો ઉપરાંત, ચક્રવાતો મોટા પાયે મૃત્યુ અને વિનાશનું કારણ બનવા માટે પૂરતી ઊર્જા ધરાવે છે. તેથી, તેમની સચોટ આગાહી અત્યંત મહત્વની છે. ક્લાઉડ માઇક્રોફિઝિક્સ માઇક્રોસ્કોપિક સ્કેલ પર વાદળોની રચના અને ગુણધર્મોનું વર્ણન કરે છે. પૃષ્ઠભૂમિ ઉષ્ણકટિબંધીય વરસાદ માપન મિશન (TRMM) ની શરૂઆત 1997માં સમગ્ર ઉષ્ણકટિબંધમાં વરસાદના માત્રાત્મક અંદાજો પૂરા પાડવા માટે કરવામાં આવી હતી. આ ઉપગ્રહ સેન્સર પર નોંધાયેલા તેજને વરસાદના મૂલ્યોમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે રિમોટ સેન્સિંગ તકનીકોનો ઉપયોગ કરે છે. માપને મર્યાદિત કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતા સૌથી મહત્વપૂર્ણ ચલ એ હાઇડ્રોમીટર્સના ગુણધર્મો છે. વાવાઝોડા મિશ્ર તબક્કાના વાદળો છે, જેનો અર્થ છે કે પ્રવાહી અને નક્કર પાણી (બરફ) બંને વાદળોમાં હાજર હોય છે. સામાન્ય રીતે, પ્રવાહી પાણી ઠંડું સ્તર કરતાં ઓછી ઊંચાઇએ અને ઘન પાણી ઊંચાઇએ જ્યાં તાપમાન-40 ડિગ્રી સેલ્સિયસ કરતા ઓછું હોય ત્યાં પ્રભુત્વ ધરાવે છે. 0 ડિગ્રી સેલ્સિયસ અને-40 ડિગ્રી સેલ્સિયસ વચ્ચે પાણી બંને તબક્કામાં એક સાથે અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે. તબક્કા ઉપરાંત, ઘન જળ હાઇડ્રોમીટર્સમાં વિવિધ આકારો અને પ્રકારો હોઈ શકે છે જેનો કિરણોત્સર્ગી સ્થાનાંતરણ ગણતરીમાં હિસાબ કરવાની જરૂર છે. 1999ના પાનખરમાં, ટી. આર. એમ. એમ.-લાર્જ-સ્કેલ બાયોસ્ફિયર-એટમોસ્ફિયર એક્સપેરિમેન્ટ ઇન એમેઝોનિયા (એલ. બી. એ.) ફિલ્ડ એક્સપેરિમેન્ટે બ્રાઝિલમાં ખંડીય અને દરિયાઈ ઉષ્ણકટિબંધીય વાદળોની તપાસ કરી હતી. ટી. આર. એમ. એમ.-એલ. બી. એ. નો ધ્યેય વાદળ ઉકેલ મોડેલોમાં વરસાદને માન્ય કરવાનો હતો. ઉષ્ણકટિબંધીય વાદળોમાં ક્લાઉડ માઇક્રોફિઝિક્સના ઘણા ઇન-સીટૂ અવલોકનો થયા છે જેની અહીં ચર્ચા કરવામાં આવશે. મેઘ સૂક્ષ્મભૌતિકી એ ભૌતિક પ્રક્રિયાઓ છે જે વરસાદના કણોની વૃદ્ધિ, ક્ષય અને પતનનું વર્ણન કરે છે. મોડેલોની દ્રષ્ટિએ, ક્લાઉડ માઇક્રોફિઝિક્સ મોડેલના ગ્રીડ-સ્કેલ કરતા નાના સ્કેલ પર થાય છે અને તેને પરિમાણિત કરવું પડે છે. તાજેતરના વર્ષોમાં હરિકેન ટ્રેકની આગાહીઓ વધુ સારી થઈ રહી છે. હરિકેન રીટાનું ઉદાહરણ જોતાં, જમીન પર ત્રાટક્યાના 36 કલાક પહેલા નેશનલ હરિકેન સેન્ટરની આગાહી અગાઉની આગાહીથી 130 કિલોમીટરથી વધુ બદલાઈ ગઈ હતી, જેના કારણે બિનજરૂરી સ્થળાંતર થયું હતું. એવા સંશોધનો થયા છે જે દર્શાવે છે કે સબગ્રીડ-સ્કેલ પેરામીટરાઇઝેશન યોજનાઓની પસંદગી વાવાઝોડાની તીવ્રતા, ટ્રેક, ઝડપ અને વરસાદ દરને પ્રભાવિત કરી શકે છે. માઇક્રોફિઝિકલ ધારણાઓ સીધા અથવા આડકતરી રીતે મોડ્યુલેટેડ સ્ટોર્મ સ્ટ્રક્ચર હોઈ શકે છે, જે હરિકેન ટ્રેકમાં નાના ફેરફારોમાં પરિણમે છે જે સામાજિક પરિણામો લાવી શકે છે. હાઇડ્રોમીટિયરની રચના અને આકારો સપાટીના તણાવની અસરોને કારણે પ્રવાહી પાણીના ટીપાંનો આકાર સામાન્ય રીતે ગોળાકાર હોય છે. ડ્રોપના કદના આધારે ઘટી રહેલા ડ્રોપની પાછળથી વહેતી હવાનું ઘર્ષણ ડ્રોપના તળિયે સ્ક્વીશ કરી શકે છે જેથી તે સહેજ બિન-ગોળાકાર હોય. જો કે, નક્કર બરફ સામાન્ય રીતે સરસ ગોળાકાર આકારમાં રચાતો નથી. બરફના સ્ફટિકો જુબાની દ્વારા ષટ્કોણ માળખાં રચવાની પસંદગી ધરાવે છે, પરંતુ હાજરીમાં રીમિંગ અથવા ગ્રેપેલમાં એકત્રીકરણમાં વિચિત્ર આકારો બનાવી શકે છે. બરફના કણોનો આકાર મોટે ભાગે તાપમાન અને જ્યાં તેઓ રચાય છે તેના ઉપર આધાર રાખે છે. સુપરસેચ્યુરેશન મોટે ભાગે અપડ્રાફ્ટ પ્રદેશોમાં ઝડપ પર આધારિત છે. ઉચ્ચ અપડ્રાફ્ટના પ્રદેશોમાં, વધુ હાઇડ્રોમીટર્સ રચાય છે. ગ્રેપેલ મોટે ભાગે નબળા અપડ્રાફ્ટના વિસ્તારોમાં જોવા મળે છે. કણોનું કદ વધતી ઊંચાઈ સાથે ઘટવાનું વલણ ધરાવે છે કારણ કે ઓછી ઊંચાઈએ મોટા કણો ટકરાય છે અને નાના કણો સાથે જોડાય છે. ક્લાઉડ માઇક્રોફિઝિક્સ માટે અપડ્રાફ્ટ્સ મહત્વપૂર્ણ હોવાથી, કન્વેક્શન પેરામીટરાઇઝેશન યોજનાઓ માઇક્રોફિઝિક્સને કેવી રીતે પ્રભાવિત કરી શકે છે તે ધ્યાનમાં લેવું પણ જરૂરી છે. કણ કદના વિતરણના પરિમાણમાં નાની ભૂલો અંતિમ વેગની ગણતરી પર મોટી અસર કરી શકે છે. સ્તરીકૃત અને સંવહન પ્રદેશોમાં કણોની રચના, કદ અને સંખ્યાની સાંદ્રતા નાટ્યાત્મક રીતે બદલાય છે. ઉષ્ણકટિબંધીય ચક્રવાતોના અવલોકનોમાંથી મેળવેલ કણ પતનની ઝડપ મધ્ય અક્ષાંશ પ્રણાલીઓમાંથી મેળવેલ કરતાં નોંધપાત્ર રીતે બદલાય છે. વાવાઝોડામાં ફેરફાર કરવાની શક્યતા અંગે ઘણા અભ્યાસો થયા છે જેથી તે એટલા વિનાશક ન હોય. રોસેનફેલ્ડ એટ અલ. (2007) હરિકેન કેટરિના (2005) ના સંભવિત ફેરફારનો અભ્યાસ કર્યો. તેઓએ વાવાઝોડાના બાહ્ય પ્રદેશોમાં તમામ ગરમ વરસાદની રચનાને દબાવીને વાવાઝોડાના બિયારણનું અનુકરણ કર્યું. તેઓ અહેવાલ આપે છે કે તેમના અનુકરણમાં બીજવાળા વાવાઝોડાએ શરૂઆતમાં બિયારણના પ્રદેશમાં સપાટીના પવનને નબળો પાડ્યો હતો. વાવાઝોડાની આંખ આખરે સંકોચાઈ અને મજબૂત બની, પરંતુ કુલ પવન ક્ષેત્રની સરેરાશ નબળી હતી. આ શ્રેષ્ઠ સ્થિતિમાં, તેઓ અહેવાલ આપે છે કે વાવણીથી વાવાઝોડાના પવનમાં 25 ટકાનો ઘટાડો થયો છે. રેન્ગો અને હોબ્સ (2005) ઉષ્ણકટિબંધીય સંવહન પ્રણાલીઓના મૂળ સ્થાને માપમાં મેળવેલ છે. તેમને જાણવા મળ્યું કે પ્રવાહી પાણીની માત્રા એડિયાબેટિક મૂલ્યોથી ઓછી હતી. આ નવા રચાયેલા અપડ્રાફ્ટમાં પણ સાચું હતું, જે સૂચવે છે કે અથડામણ-સંયોજન અને/અથવા પ્રવેશ મિશ્રણ પ્રવાહી પાણીને દૂર કરવા માટે કાર્યક્ષમ પદ્ધતિઓ છે. તેમણે નોંધ્યું હતું કે વાદળોના પાયાથી 2 થી 4 કિમી ઉપરની ઊંચાઇએ અસરકારક ત્રિજ્યામાં ઘટાડો થવાનું શરૂ થયું હતું, જેને તેઓ ગરમ વરસાદની પ્રક્રિયાને આભારી છે. બરફની પ્રક્રિયાઓ-4 ડિગ્રી સેલ્સિયસ અને-10 ડિગ્રી સેલ્સિયસ વચ્ચેના તાપમાને મહત્વપૂર્ણ બની હતી અને તેમણે સોય, સ્થિર ટીપાં અને આવરણ સહિત વિવિધ આકારોના ફોટોગ્રાફ લીધા હતા. વધતા વાદળોમાં, એ નોંધવામાં આવ્યું હતું કે કણોના કદમાં ઘણીવાર રિમિંગ દ્વારા વધારો થાય છે. ટોકે એટ અલ. (2008) સ્થાનિક ચક્રવાતોમાં વરસાદના ટીપાંના કદના વિતરણનો અભ્યાસ કર્યો. મોટા ટીપાં હાજર હોવા છતાં તેમને નાના અને મધ્યમ કદના ટીપાંની ઉચ્ચ સાંદ્રતા મળી. ટીપાંઓની કુલ સંખ્યા 600 અને 1000 m−3 ની વચ્ચે હતી, પ્રવાહી પાણીનું પ્રમાણ લગભગ 1 ગ્રામ m−3 હતું, અને વરસાદનો દર લગભગ 20 મીમી પ્રતિ કલાક હતો. ટીપાંનો સરેરાશ દળ વ્યાસ ~ 1.6 મીમી હતો અને મહત્તમ વ્યાસ 4.11 મીમી નોંધવામાં આવ્યો હતો. તેના પરિણામો સૂચવે છે કે મધ્ય અક્ષાંશ અને ઉષ્ણકટિબંધીય તોફાનો વચ્ચેના સૂક્ષ્મ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં તફાવતોને કારણે ઉષ્ણકટિબંધીય ચક્રવાતોના અગાઉના વરસાદ દરના અંદાજોને ઓછો અંદાજ આપવામાં આવ્યો હોઈ શકે છે. એમેઝોનમાં ઉષ્ણકટિબંધીય વાદળોની માઇક્રોફિઝિક્સના મૂળ સ્થાને માપ દર્શાવે છે કે મજબૂત અપડ્રાફ્ટના પ્રદેશોમાં નબળા અપડ્રાફ્ટ કરતાં નાના સુપરકુલ્ડ પાણીના ટીપાં અથવા બરફના કણો હોય છે. સ્તરીકૃત એન્વિલ પ્રદેશોમાં, ગ્રેપેલમાં એકત્રીકરણ એ મુખ્ય વૃદ્ધિ પદ્ધતિ હતી. અપડ્રાફ્ટની ઝડપ નક્કી કરે છે કે ગરમ વરસાદની પ્રક્રિયાઓ, રિમિંગ અથવા એકત્રીકરણ એ અપડ્રાફ્ટ પ્રદેશોમાં વૃદ્ધિની પ્રાથમિક પદ્ધતિ છે કે કેમ. હેમ્સફિલ્ડ એટ અલ. (2002) ઉષ્ણકટિબંધીય સંવહનના માઇક્રોફિઝિક્સ પર પણ ધ્યાન આપ્યું હતું, પરંતુ તેઓ પોતાને સ્તરીકૃત પ્રદેશો સુધી મર્યાદિત રાખતા હતા. તેઓએ ઘણા આકારો અને કદના બરફના કણો જોયા. ખાસ કરીને, તેઓએ નોંધ્યું હતું કે રિમ્ડ કણો સંવહની પ્રદેશોની નજીક મળી આવ્યા હતા, નાના ગોળાઓ "ક્ષણિક સંવહન" ના પ્રદેશોમાં મળી આવ્યા હતા અને નીચા તાપમાને સિરસ સ્ફટિકો રચાયા હતા. તેઓએ કણ કદના વિતરણનું નિર્માણ કર્યું અને નોંધ્યું કે તેઓ ખાસ કરીને ગામા વિતરણ માટે સારી રીતે બંધબેસે છે અને ઘાતાંકીય વિતરણ માટે સહેજ ઓછા સારી રીતે બંધબેસે છે. તેઓએ નોંધ્યું હતું કે તેમના પરિણામો મધ્ય અક્ષાંશ પ્રણાલીઓમાંથી મેળવેલા પરિણામો જેવા જ હતા. પેરામીટરાઇઝેશન ઘણી જુદી જુદી ક્લાઉડ માઇક્રોફિઝિક્સ પેરામીટરાઇઝેશન યોજનાઓ છે. યોજનાની અભિજાત્યપણુના આધારે, બરફ-તબક્કાની શ્રેણીઓની સંખ્યા બદલાઈ શકે છે. ઘણી યોજનાઓ ઓછામાં ઓછી ત્રણ શ્રેણીઓનો ઉપયોગ કરે છેઃ ક્લાઉડ આઇસ, ગ્રેપેલ અને સ્નો. બરફનું શ્રેણીઓમાં વર્ગીકરણ કરવું જરૂરી છે કારણ કે બરફના વિવિધ સ્વરૂપો વિવિધ ઝડપે પડશે. સામાન્ય રીતે, માઇક્રોફિઝિક્સ યોજનાઓ ઘટાડાના વેગ માટે સામૂહિક-ભારિત સરેરાશનો ઉપયોગ કરશે. મેકફાર્કહર અને બ્લેક (2004) એ દર્શાવ્યું હતું કે વિવિધ પરિમાણ પદ્ધતિઓ હાઇડ્રોમીટર્સના નાટકીય રીતે અલગ અંતિમ વેગમાં પરિણમે છે. તીવ્રતા ક્લાઉડ કન્ડેન્સેશન ન્યુક્લિયસ (CCN) ની હાજરી વાદળમાં રચાતા વાદળોના ટીપાંની સંખ્યાને પ્રભાવિત કરે છે; ત્યાં જેટલું વધુ CCN હશે, તેટલા વધુ વાદળોના ટીપાં બનશે. સી. સી. એન. ની સાંદ્રતામાં ફેરફારો અને વાદળના ઘટાડાના વિતરણમાં તેમના સંબંધિત ફેરફારો વાવાઝોડાની અંદર ઊર્જાનું પુનઃવિતરણ કરી શકે છે. આ 1960 ના દાયકામાં જાણીતું હતું જેના કારણે વૈજ્ઞાનિકોએ વિચાર્યું કે ઓછા તીવ્ર વાવાઝોડા પેદા કરવા માટે CCN ના ઉમેરા દ્વારા વાવાઝોડામાં ફેરફાર કરી શકાય છે. એવી દરખાસ્ત કરવામાં આવી હતી કે આંખની દીવાલની બહાર સિલ્વર આયોડાઇડ સાથે સીડિંગ કરવાથી સુપરકુલ્ડ પાણી સ્થિર થઈ જશે, વધુ સુપ્ત ગરમી મુક્ત થશે અને સંવહનમાં વધારો થશે. ઉષ્ણકટિબંધીય ચક્રવાતમાં સુપરકુલ્ડ પાણીના અભાવને કારણે આ પદ્ધતિ આખરે અસફળ રહી હતી. એક અલગ અભિગમ વાદળોને મોટી સંખ્યામાં નાના હાઇગ્રોસ્કોપિક એરોસોલ્સ સાથે બીજ આપે છે. સીસીએનની મોટી સંખ્યા વરસાદના નાના ટીપાં તરફ દોરી જાય છે, ઓછી અથડામણ-સંકલન તરફ દોરી જાય છે અને આમ ઓછો વરસાદ પડે છે. આ પાણી ઠંડું સ્તરથી ઉપર વહે છે, જે ઉપલા વાતાવરણમાં ઉષ્ણતામાન અને વધુ સંવહન તરફ દોરી જાય છે. વાવાઝોડાની તીવ્રતા પર વધેલા સી. સી. એન. ની અસરો પર ઘણા મોડેલિંગ અભ્યાસો થયા છે. રોસેનફેલ્ડ એટ અલ. (2007) એ કેટરિના વાવાઝોડાનું અનુકરણ કરવા માટે હવામાન સંશોધન મોડેલ (ડબલ્યુઆરએફ) નો ઉપયોગ કર્યો હતો, અને પછી મોટી સંખ્યામાં સીસીએન ઉમેરવાની અસરોનો અંદાજ કાઢવા માટે ગરમ વરસાદની પ્રક્રિયાઓને બંધ કરી દીધી હતી. તેઓ અહેવાલ આપે છે કે તેઓ નિયંત્રણ દોડમાં કેટરિનાની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓનું અનુકરણ કરવામાં સફળ રહ્યા હતા જેમાં લઘુત્તમ કેન્દ્રીય દબાણ અને મહત્તમ પવનની ગતિ સામેલ છે. જ્યારે ગરમ વરસાદની પ્રક્રિયાઓ દૂર કરવામાં આવી ત્યારે વાદળના પાણીનું પ્રમાણ કુદરતી રીતે વધ્યું અને વરસાદના પાણીનું પ્રમાણ ઘટ્યું. ગરમ વરસાદનું દમન વાવાઝોડાની થર્મોડાયનેમિક રચનામાં પણ ફેરફાર કરે છેઃ વાવાઝોડાની બાહ્ય ધાર પર નીચા સ્તરે તાપમાનમાં ઘટાડો થાય છે. બાદમાં, કેન્દ્રીય દબાણ સાથે ટોચના પવનમાં ઘટાડો થયો હતો. ઝુ અને ઝાંગ (2006) એ 1998ના ચક્રવાત બોનીનું અનુકરણ કરવા માટે મેસોસ્કેલ મોડેલનો ઉપયોગ કર્યો હતો. તેઓ અહેવાલ આપે છે કે તેમની નિયંત્રણ દોડ અવલોકન કરાયેલા વાવાઝોડાનું અનુકરણ કરવામાં વાજબી રીતે સક્ષમ હતી. ત્યારબાદ તેમણે સૂક્ષ્મ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ફેરફારો ચક્રવાતને કેવી રીતે પ્રભાવિત કરે છે તેની તપાસ કરવા માટે શ્રેણીબદ્ધ સંવેદનશીલતા પ્રયોગો ચલાવ્યા. વિવિધ સંવેદનશીલતા દોડ બરફની પ્રક્રિયાઓની અસરો પર કેન્દ્રિત હતી. તેઓ અહેવાલ આપે છે કે ઉષ્ણકટિબંધીય ચક્રવાતો બરફના તબક્કાની પ્રક્રિયાઓ માટે તીવ્રતા અને મુખ્ય માળખામાં મોટી સંવેદનશીલતા દર્શાવે છે. જેમ જેમ બરફની પ્રક્રિયાઓ દૂર કરવામાં આવે છે, તેમ તેમ બર્ગેરોન પ્રક્રિયા વિના ચક્રવાતની તીવ્રતા ઘટે છે. જ્યારે ગ્રેપેલ પ્રક્રિયાઓ દૂર કરવામાં આવે છે, ત્યારે તોફાન નબળું પડે છે પરંતુ તેટલું નહીં કે જ્યારે બધી બરફ પ્રક્રિયાઓ દૂર કરવામાં આવે. અને જ્યારે બાષ્પીભવન બંધ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તોફાનની તીવ્રતા નાટકીય રીતે વધે છે. તેઓ નિષ્કર્ષ કાઢે છે કે ઉષ્ણકટિબંધીય ચક્રવાતોને વધારવા માટે ગલન અને બાષ્પીભવન પ્રક્રિયાઓ મહત્વપૂર્ણ છે. વિવિધ પરિસ્થિતિઓ માટે વિવિધ સંચયી પરિમાણીકરણ યોજનાઓ મેળવવામાં આવી હતી. બેટ્સ-મિલર યોજના (અથવા વ્યુત્પન્ન બેટ્સ-મિલર-જાંજિક) એ સુનિશ્ચિત કરવાનો પ્રયાસ કરે છે કે સ્થાનિક ઊભી તાપમાન અને ભેજનું માળખું વાસ્તવિક હોય. ઉષ્ણકટિબંધીય ચક્રવાતોનું અનુકરણ કરતી વખતે બેટ્સ-મિલર (-જાંજિક) યોજનાનો ઉપયોગ ઘણીવાર થાય છે. ડેવિસ અને બોસાર્ટે (2002) હરિકેન ડાયના (1984) નું અનુકરણ કર્યું હતું, જે ઉષ્ણકટિબંધીય સંક્રમણમાંથી પસાર થયું હતું. તેમણે બેટ્સ-મિલર-જાંજિક ક્યુમ્યુલસ પેરામીટરાઇઝેશન યોજનાનો ઉપયોગ બે રીતે કર્યો હતોઃ એક મધ્ય અક્ષાંશ પ્રણાલીઓ માટે નિર્ધારિત પરિમાણો સાથે અને બીજું ઉષ્ણકટિબંધીય પ્રણાલીઓ માટે. તેઓ નોંધે છે કે જ્યારે મધ્ય અક્ષાંશ પ્રણાલીઓ માટે પરિમાણ યોજના સેટ કરવામાં આવે છે ત્યારે સિમ્યુલેશન વધુ વાસ્તવિક ટ્રેક અને તોફાનની તીવ્રતા ઉત્પન્ન કરે છે. જો કે, ઉષ્ણકટિબંધીય અનુકરણ વધુ વાસ્તવિક વરસાદી ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરે છે. પટનાયક અને કૃષ્ણમૂર્તિલે (2007) વાવાઝોડાની તીવ્રતા પર વાદળોના સૂક્ષ્મ ભૌતિકશાસ્ત્રની અસરનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે 2004ના ચક્રવાત ચાર્લીનું અનુકરણ કર્યું હતું. તેઓ અહેવાલ આપે છે કે તેમની નિયંત્રણ દોડ ટ્રેક, તીવ્રતા, ઝડપ અને વરસાદનું અનુકરણ કરવામાં સફળ રહી હતી. તેઓએ નાસા ગોડાર્ડ સ્પેસ ફ્લાઇટ સેન્ટરની માઇક્રોફિઝિક્સ યોજનાનો ઉપયોગ કર્યો. આ યોજના વાદળોના પાણીના પાંચ જુદા જુદા વર્ગીકરણોનો ઉપયોગ કરે છેઃ પ્રવાહી વાદળનું પાણી, વાદળનો બરફ, વરસાદનું પાણી, બરફ અને કરા/ગ્રેપેલ. તે સુપરકોલ્ડ પાણી માટે પણ પરવાનગી આપે છે. તેમના અભ્યાસમાં બતાવવાનો પ્રયાસ કરવામાં આવ્યો છે કે કેવી રીતે પતનની ઝડપ અને અવરોધનાં પરિમાણો ઉષ્ણકટિબંધીય ચક્રવાતની તીવ્રતાને પ્રભાવિત કરી શકે છે. વરસાદના કણોના કદના વિતરણને આ રીતે પરિમાણિત કરવામાં આવે છેઃ N (D) = N0e − λDdD જ્યાં N એ આપેલ વ્યાસ D અને D + dD વચ્ચેના વરસાદના કણોની સંખ્યા છે, N0 એ અવરોધનું પરિમાણ છે, λ એ ઢાળનું પરિમાણ છે, અને D એ કણોના વ્યાસ છે. તેઓએ એક જ મોડેલ અને માઇક્રોફિઝિક્સ યોજનાનો ઉપયોગ કર્યો, વિવિધ માઇક્રોફિઝિકલ મિકેનિઝમ્સને બંધ કરીને સમજ્યું કે કયા સૌથી મહત્વપૂર્ણ છે. તેઓ નોંધે છે કે માઇક્રોફિઝિક્સ યોજનામાં ફેરફારોએ વાવાઝોડાની તીવ્રતાને નાટ્યાત્મક રીતે અસર કરી હતી. સૌથી તીવ્ર વાવાઝોડા ત્યારે હતા જ્યારે પીગળવાનું દબાવવામાં આવ્યું હતું, અથવા જ્યારે કોઈ બાષ્પીભવનની મંજૂરી ન હતી. તેઓ આને અર્થઘટન કરે છે કે કણોને ઓગળવા અથવા બાષ્પીભવન કરવા માટે જરૂરી ઊર્જાનો ઉપયોગ હવાના સ્તંભને ગરમ કરવા માટે થઈ શકે છે, જેનાથી સંવહનમાં વધારો થાય છે જે મજબૂત તોફાન તરફ દોરી જાય છે. સૌથી નબળા સિમ્યુલેટેડ તોફાન દરમિયાન, બરફ અને ગ્રેપેલ કણોની પતનની ગતિમાં વધારો થયો હતો. પતનના વધતા દરે પણ બાષ્પીભવનમાં વધારો કર્યો, જેના કારણે સંવહન નબળું પડ્યું. ઇન્ટરસેપ્ટ પરિમાણમાં થયેલા ફેરફારોમાં થોડો ફેરફાર જોવા મળ્યો હતો. આ સૂચવે છે કે કણોની કુલ સંખ્યા વિવિધ કદના કણો વચ્ચેના સંબંધિત વિતરણ જેટલી મહત્વની નથી. સિમ્યુલેશનની શ્રેણી કે જે મુખ્યત્વે ક્લાઉડ માઇક્રોફિઝિક્સ હરિકેન ટ્રેકને કેવી રીતે અસર કરે છે તેના પર ધ્યાન આપે છે તે પણ દર્શાવે છે કે સબગ્રીડ-સ્કેલ તોફાની મિશ્રણ પરિમાણીકરણ યોજનાઓએ હરિકેન સિમ્યુલેશનની તીવ્રતાને તેના ટ્રેક કરતાં વધુ પ્રભાવિત કરી હતી. મુખ્ય ધ્યેય ન હોવા છતાં, રોસેનફેલ્ડ એટ અલ. (2007) ના બે કાર્યોએ તેમના સિમ્યુલેશનમાં નોંધ્યું હતું કે મોટી માત્રામાં એરોસોલ્સના ઉમેરા દ્વારા ગરમ વરસાદના દમનથી ઉષ્ણકટિબંધીય ચક્રવાત પૂર્વ તરફ વળશે. ઝુ અને ઝાંગ (2006) અહેવાલ આપે છે કે હરિકેન ટ્રેક ખૂબ જ નબળા વાવાઝોડાઓ સિવાય વાદળ માઇક્રોફિઝિકલ પ્રક્રિયાઓ માટે સંવેદનશીલ ન હતો, જે પૂર્વ તરફ ધકેલાયા હતા. સંવેદનશીલતા અભ્યાસોની શ્રેણીમાં, પટનાયક અને કૃષ્ણમૂર્તિએ તારણ કાઢ્યું છે કે સૂક્ષ્મ ભૌતિક પ્રક્રિયાઓ વાવાઝોડાના માર્ગ પર બહુ ઓછી અસર કરે છે. ડેવિસ અને બોસાર્ટ (2002) એ અન્ય બાબતોની સાથે, ઉષ્ણકટિબંધીય તોફાનના માર્ગ પર ક્યુમ્યુલસ પરિમાણની અસરોને ધ્યાનમાં લીધી. તેમને જાણવા મળ્યું કે ટ્રોપોપોઝમાં સંભવિત વર્ટિસિટીમાં ફેરફારો પવનના ક્ષેત્રમાં ફેરફારનું કારણ બની શકે છે. ખાસ કરીને, વિવિધ યોજનાઓમાં સંભવિત વર્ટિસિટીને પરિમાણિત કરવાની વિવિધ પદ્ધતિઓ હોય છે જે વિવિધ ટ્રેકમાં પરિણમે છે. તેમને જાણવા મળ્યું કે બેટ્સ-મિલર-જાંજિક અને ગ્રિલ યોજનાઓએ કેન-ફ્રિટ્શ કરતાં વધુ પશ્ચિમ તરફનો માર્ગ બનાવ્યો હતો. કેન-ફ્રિટ્શ યોજનાએ તોફાનને ખૂબ ઝડપથી તીવ્ર બનાવવાનું વલણ અપનાવ્યું હતું પરંતુ અવલોકનોની સરખામણીમાં શ્રેષ્ઠ માર્ગ તૈયાર કર્યો હતો. વધુ તીવ્ર તોફાનોના સિમ્યુલેટેડ ટ્રેક નબળા તોફાનોની તુલનામાં પૂર્વ તરફ વધુ દૂર હોય છે. ડેવિસ અને બોસાર્ટ એ પણ નિર્દેશ કરે છે કે તેમના પરિણામો સંચયી પરિમાણો પરના અગાઉના સંવેદનશીલતા અભ્યાસોથી અલગ છે, જેમાં જાણવા મળ્યું હતું કે બેટ્સ-મિલર-જાંજિક યોજના વધુ સારા પરિણામો આપે છે. તેઓ આ તફાવતને અભ્યાસો વચ્ચેના ગ્રીડ અંતરના તફાવતોને આભારી છે. પ્રથમ પેપર પ્રકાશિત થયું હતું જેમાં ખાસ કરીને હરિકેન ટ્રેક વા ફોવેલ એન્ડ સુ (2007) પર ક્લાઉડ માઇક્રોફિઝિક્સની અસરો પર ધ્યાન આપવામાં આવ્યું હતું. તેઓ હરિકેન રીટા (2005) ના સિમ્યુલેશન અને આદર્શ હરિકેન સિમ્યુલેશનનો ઉપયોગ કરે છે તે જોવા માટે કે કેવી રીતે વિવિધ માઇક્રોફિઝિકલ પરિમાણો અને સંવહન યોજનાઓ હરિકેન ટ્રેકને બદલે છે. તેઓએ કેસ્લર (કે), લિન એટ અલની અસરોની સરખામણી કરી. (એલ), અને ત્રણ વર્ગની ડબલ્યુઆરએફ સિંગલ મોમેન્ટ (ડબલ્યુએફઆર3) યોજનાઓ, કેન-ફ્રિટ્શ (કેએફ), ગ્રેલ-દેવેની (જીડી), અને બેટ્સ-મિલર-જાંજિક (બીએમજે) કન્વેક્ટિવ પેરામીટરાઇઝેશન યોજનાઓની અસરો સાથે જોડાયેલી છે. જ્યારે ડબલ્યુ. એસ. એમ. 3 માઇક્રોફિઝિક્સ યોજનાને બી. એમ. જે. સંવહન સાથે જોડવામાં આવી ત્યારે રીટાના માર્ગનું સૌથી વધુ અનુકરણ કરતું વાવાઝોડું હતું. સૌથી ખરાબ સિમ્યુલેટેડ ટ્રેક ત્યારે હતો જ્યારે કે માઇક્રોફિઝિક્સને કે. એફ. સંવહન સાથે જોડવામાં આવ્યું હતું, જેણે નબળા તોફાનનું નિર્માણ કર્યું હતું જે વાસ્તવિક તોફાનની પશ્ચિમમાં સારી રીતે ટ્રેક કરતું હતું. માઇક્રોફિઝિક્સ અને ક્યુમ્યુલસ કન્વેક્શન પેરામીટરાઇઝેશન યોજનાઓ બદલવાથી ફેલાવાને કારણે હરિકેન ટ્રેકમાં નેશનલ હરિકેન સેન્ટર એન્સેમ્બલની જેમ જ ફેલાવો થયો. તેઓ એ પણ નોંધે છે કે માઇક્રોફિઝિક્સ પરિમાણો વચ્ચેનો સૌથી મોટો તફાવત એ છે કે K માં કોઈ બરફના તબક્કાઓનો સમાવેશ થતો નથી. મેઘ બરફ અને બરફની સ્ફટિકીય પ્રકૃતિ વચ્ચેના તફાવતો, વરસાદના ટીપાંની ગોળાકાર પ્રકૃતિની સરખામણીમાં, અને ગ્રેપેલનો અર્ધ-ગોળાકાર આકાર સંભવતઃ વિવિધ પતન વેગ પેદા કરશે જ્યારે સ્થિર પાણીને પરિમાણોમાં સામેલ કરવામાં આવે છે. તેઓએ રીટા સિમ્યુલેશનના સૌથી સચોટ સભ્યનો ઉપયોગ કર્યો અને માઇક્રોફિઝિક્સમાં ફેરફાર કર્યો જેથી બરફના કણોની પતનની ઝડપ સમાન ઘટ વેગ ધરાવતી હોય જાણે કે તે સમાન દળવાળા પ્રવાહી વરસાદના ટીપાં હોય. તેઓ અહેવાલ આપે છે કે આનાથી વાવાઝોડાનો માર્ગ બદલાઈ ગયો જેથી તે કે યોજનાની જેમ પશ્ચિમ તરફ આગળ વધી શકે. હરિકેન રીટાનું અનુકરણ કરવા ઉપરાંત, ફોવેલ અને સુ (2007) એ પણ પહેલાની જેમ જ સિમ્યુલેશન બનાવ્યું હતું, પરંતુ નાના ગ્રીડ કદ પર જેથી ક્યુમ્યુલસ પેરામીટરાઇઝેશનની જરૂર ન પડે. તેમને જાણવા મળ્યું કે કે યોજના દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ વાવાઝોડું બાકીના કરતાં નબળું હતું અને તેનો સૌથી વધુ પશ્ચિમ તરફનો માર્ગ હતો. તેઓ નિષ્કર્ષ કાઢે છે કે વિવિધ યોજનાઓમાં વિવિધ ગર્ભિત માઇક્રોફિઝિકલ ધારણા આગાહી સમયમર્યાદા પર હરિકેન ટ્રેકને બદલી શકે છે. સામાન્ય રીતે, તેમના પરિણામો સૂચવે છે કે મોટા કદના વાવાઝોડા વધુ પશ્ચિમ તરફ આગળ વધશે, જે "બીટા ડ્રિફ્ટ" સાથે સુસંગત છે. જ્યારે વેરિયેબલ કોરિઓલિસ પરિમાણ સાથે મોટા પાયે પ્રવાહ વિના વાવાઝોડાનો આદર્શ સમૂહ ઉત્પન્ન થયો, ત્યારે તેમને જાણવા મળ્યું કે વાવાઝોડા હજુ પણ ઉત્તરપૂર્વથી ઉત્તર-ઉત્તરપૂર્વ દિશામાં આગળ વધી રહ્યા છે. જો કે, વિવિધ માઇક્રોફિઝિકલ યોજનાઓ જુદી જુદી દિશાઓ પર ટ્રેક કરે છે. મોટા પાયે કોઈ પ્રવાહ ન હોવાથી, તેઓ નિષ્કર્ષ કાઢે છે કે માર્ગમાં તફાવતો માઇક્રોફિઝિક્સમાં ફેરફારોને કારણે વમળ ગતિમાં ફેરફારોને રજૂ કરે છે. સતત એફ-પ્લેન પ્રયોગ પર, તોફાનોની કોઈ હિલચાલ નહોતી. તેઓ નોંધે છે કે એનડબલ્યુએસ સર્વસંમતિ મોડેલ પરિણામો વચ્ચેની ભિન્નતા મુખ્યત્વે વિવિધ મોડેલો તેમના ક્લાઉડ માઇક્રોફિઝિક્સ અને અન્ય સબગ્રીડ-સ્કેલ પ્રક્રિયાઓને કેવી રીતે પરિમાણિત કરે છે તેના કારણે હોઈ શકે છે. તાજેતરમાં, ફોવેલ એટ અલ. (2009) આદર્શ વાતાવરણમાં વાવાઝોડાનો મોડેલિંગ અભ્યાસ હાથ ધર્યો હતો. આ મોડેલમાં દરિયાની સપાટીનું સતત તાપમાન હતું, કોઈ પૃષ્ઠભૂમિ પવન નહોતો, પરંતુ પૃથ્વીના પરિભ્રમણ સાથે. ત્યારબાદ તેઓએ વિવિધ માઇક્રોફિઝિક્સ યોજનાઓ સાથે વમળ દાખલ કરી અને નોંધ્યું કે ટ્રેક અલગ થઈ ગયા છે. તેમણે F07 જેવી જ સૂક્ષ્મ ભૌતિકશાસ્ત્ર યોજનાઓનો ઉપયોગ કર્યો હતો અને F07ની જેમ નોંધ્યું હતું કે K વાવાઝોડું અન્ય સૂક્ષ્મ ભૌતિકશાસ્ત્ર યોજનાઓ સાથે ઉત્પન્ન થયેલા તોફાન કરતાં વધુ ઝડપથી અને વધુ પશ્ચિમ તરફ આગળ વધ્યું હતું. ફિયોરિનો અને એલ્સબેરી (1989) દ્વારા અગાઉ કરવામાં આવેલા અભ્યાસમાં દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે વાવાઝોડાના માર્ગ અને ઝડપને તોફાનના બાહ્ય ભાગમાં સ્પર્શક પવનને બદલીને બદલી શકાય છે કારણ કે તેઓ બીટા જિરેસની દિશા અને તાકાત નક્કી કરવામાં મદદ કરે છે. કે માઇક્રોફિઝિક્સ પરિમાણ સાથે એફ09 તોફાનની સૌથી મોટી આંખ અને મોટા ત્રિજ્યામાં સૌથી મજબૂત પવન હતો, જ્યારે એલ તોફાન સૌથી તીવ્ર હતું અને ડબલ્યુએસએમ3 સૌથી સઘન આંખ ધરાવતું હતું. F09 એ નોંધ્યું હતું કે મજબૂત બાહ્ય પવન સાથેનું વાવાઝોડું નબળા પવન સાથેના તોફાનો કરતાં ઉત્તરપશ્ચિમ તરફ વધુ આગળ વધ્યું હતું. તેઓ ધારણા કરે છે કે આને હાઇડ્રોસ્ટેટિક સંતુલનમાં વાતાવરણ સાથે સમજાવી શકાય છે. હાઇડ્રોસ્ટેટિક સંતુલન ધરાવતું વાતાવરણ ધારીએ તો, સરેરાશ સ્તંભ વર્ચ્યુઅલ તાપમાન સપાટીના દબાણમાં સૌથી વધુ ફાળો આપે છે. ત્રણ F09 તોફાનોના વાસ્તવિક તાપમાનમાં ભિન્નતા હતી, જેમાં કેસ્લર તોફાનનું તાપમાન અન્ય તોફાનોની તુલનામાં ઘણા ડિગ્રી ગરમ હતું. પવન રેડિયલ દબાણના ઢાળ દ્વારા નક્કી થાય છે, જે તાપમાનના ઢાળ સાથે સંબંધિત છે. તેથી, જે તોફાનો વર્ચ્યુઅલ તાપમાનમાં મોટી રેડિયલ ભિન્નતા ધરાવે છે તેમાં મજબૂત બાહ્ય પવન હશે. મોડેલો વચ્ચેના તાપમાનના તફાવતોને કિરણોત્સર્ગી ગરમી અને ઠંડકમાં ફેરફાર દ્વારા સમજાવી શકાય છે. કે માઇક્રોફિઝિક્સ યોજનાએ કણ પતનની ઝડપ ઉત્પન્ન કરી હતી જે અન્ય કરતા ધીમી હતી, જેનાથી તેના એન્વિલનું કદ વધ્યું હતું. F09 અહેવાલ આપે છે કે એન્વિલના કદને પ્રભાવિત કરતું સૌથી મહત્વપૂર્ણ પરિબળ અંતિમ વેગ છે, અને કણોની અંતિમ વેગ તેમની ભૂમિતિ, ઘનતા અને કદ પર આધારિત છે. એન્વિલ અને આવતા અને ઉત્સર્જિત કિરણોત્સર્ગ વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ રેડિયલ તાપમાનના ઢાળમાં ફેરફાર કરે છે, જે માર્ગની દિશામાં ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે. ફોવેલ એટ અલ. તારણ કાઢો કે માઇક્રોફિઝિક્સ યોજનાઓની પસંદગી એન્વિલમાં કણોના અંતિમ વેગમાં ફેરફારો તરફ દોરી શકે છે જે એન્વિલના કદમાં વધારો અથવા ઘટાડો તરફ દોરી શકે છે. યોજનાઓ કે જે ભારે કણો ઉત્પન્ન કરે છે જે ઝડપથી ઘટશે (જેમ કે કે) ખરાબ પરિણામો ઉત્પન્ન કરે છે. તેઓ ચેતવણી આપીને તારણ કાઢે છે કે વાવાઝોડાના માર્ગ અથવા ગતિમાં કોઈપણ ફેરફારો જે શરૂઆતમાં માઇક્રોફિઝિક્સને કારણે થાય છે તે સંચાલન પ્રવાહ અથવા દરિયાની સપાટીના તાપમાન જેવા અન્ય ગતિશીલ પરિબળો દ્વારા વિસ્તૃત થઈ શકે છે. સંદર્ભો ઉષ્ણકટિબંધીય ચક્રવાતો