Ibland stiger sval luft. Här är vad det betyder för tropiska klimat.

Du kanske en gång har lärt dig att "varm luft stiger och sval luft sjunker." Men det stämmer inte alltid. 

Det beror på att flytkraften av luft - dess förmåga att stiga - dikteras både av dess temperatur och av hur mycket vattenånga den innehåller. Torr luft innehåller mestadels elementen kväve och syre, sammansatta i olika molekyler. Vattenånga är mindre tät än dessa tunga molekyler; i fuktig luft tar vattenånga utrymme som normalt skulle upptas av kväve och syre. Känt som "ångkraftseffekt" gör detta fenomen fuktig luft lättare än torr luft med samma temperatur, tryck och volym. 

I stor skala hjälper ångkraftseffekten att leda luftens rörelse genom den lägsta regionen i atmosfären, känd som troposfären, och påverkar särskilt luft över fuktiga tropiska regioner. Även i tropikerna förblir vissa luftfläckar relativt torra jämfört med fuktigare luft i öst eller väst. Nu föreslår en ny klimamodell att denna cykel av fuktig luft som stiger och torr luft sjunker något kan buffra effekterna av klimatförändringarna i tropikerna.    

"Utan denna effekt skulle klimatuppvärmningen [i tropiska regioner] bli ännu värre", säger studieförfattaren Da Yang, biträdande professor i atmosfärsvetenskaper vid University of California, Davis och en gemensam fakultetsforskare med Lawrence Berkeley National Laboratory. Enligt Yangs modell, som publicerades 6 maj i tidskriften Science Advances, förstärker ångkraftseffekten mängden termisk energi (värme) som släpps ut i rymden från tropiska regioner, i storleksordningen 1 till 3 watt per kvadratmeter. Modellen antyder att när tropiskt klimat värmer kan effekten öka exponentiellt, vilket innebär att regionen skulle släppa ut mer och mer värme, även när temperaturen stiger. 

Relaterad: Fotografiskt bevis på klimatförändringar: Time-lapse-bilder av retande glaciärer

Som sagt, ångrörelsen påverkar inte på något sätt effekterna av klimatförändringar, sade Yang. Men det kan något stabilisera tropiska klimat medan temperaturer på jordens poler klättar i en relativt snabbare takt, sade han. 

Men hur fungerar det exakt?

Moln och klar himmel 

Ångkraftseffekten "har varit känd för meteorologer under mycket lång tid", berättade åtminstone ett sekel Olivier Pauluis, professor i matematik och atmosfär / havsvetenskap vid New York University som inte deltog i studien i ett e-postmeddelande . Även om många är bekanta är tanken att varm luft alltid stiger och sval luft alltid sjunker ett "felaktigt antagande", sade han.

"Rätt 'konventionell visdom' går tillbaka till Archimedes princip och är att lätt luft stiger, tung luft sjunker." Men fuktig luft är lättare än torr luft med samma temperatur och tryck, sa Pauluis. 

Medan moderna klimatförändringsmodeller tar hänsyn till denna visdom, syftade Yang till att undersöka hur den fuktiga luften i tropikerna påverkar den allmänna uppvärmningen i regionen, mer specifikt. 

Tropikerna ligger inom cirka 20 grader från ekvatorn, lindade runt planeten som ett bälte, enligt National Geographic. I tropikerna genererar globala luftcirkulationsmönster kolumner med fuktig luft och kolumner av relativt torr luft som sitter bredvid varandra och sträcker sig skyward, sade Yang. Samma mönster av växlande luftpelare manifesteras också vid mindre skalor, men dessa lokala luftfickor sprids inom några dagar, medan de i större skala förblir stabila under långa tidsperioder och påverkar klimatet över tropikerna, sade han..

Moln och åskväder bildas i den fuktiga luften, medan klara himlar till stor del spänner över de torra regionerna, sade Yang. Vattenånga fungerar som en växthusgas och fångar upp värmeenergi som släpps ut från hav, land och atmosfärens nedre regioner. därför kan lite energi fly ut i rymden från fuktigare områden i tropikerna. "Det mesta av energin skulle släppas ut från regionerna med klar himmel, inte från molnen," sade Yang. 

Det är här ångkraftseffekten spelar in. 

Enligt lagets datormodeller stiger sval luft med vattenånga uppåt, bildar moln och tappar regn när det går. Under tiden sjunker relativt torr, varm luft i tydliga himmelområden. När det tropiska klimatet värms upp värmer mer vatten och övergår till dess ångform, vilket gör att luften ovan växer mer och mer fuktigt. Den efterföljande förändringen i flytkraft driver den fuktiga luften uppåt och driver krusningar genom den omgivande luften; dessa krusningar, kända som atmosfäriska tyngdkraftsvågor, skjuter värme ur den fuktiga luften och in i den torra luften i närheten, sade Yang. 

I grund och botten balanserar vågorna den plötsliga ökningen av ångdrivningsförmåga genom att minska eventuell ytterligare flytkraft som tillhandahålls av värme, sade han.        

Denna cykel driver mer och mer värme in i den torra luften, som släpper ut termisk energi till den klara himlen ovan, sade Yang.   

"Med andra ord [ångkraft] kommer att göra att den sjunkande torra luften blir ännu varmare", vilket gör att mer värme släpps ut från områden med klar himmel, sade Yang. "Om vi ​​inte har den här ångan uppdrivningseffekten, skulle det troligtvis vara tvärtom," vilket innebär att den allt varmare luften skulle stiga i fuktiga regioner där dess värme skulle fångas under molnen, tillade han. 

Upptäckten är inte "nödvändigtvis banbrytande", som forskare har känt till ångaeffektiviteten under lång tid, sa Pauluis. Men det belyser behovet av att ta hänsyn till både temperatur och relativ luftfuktighet vid modellering av klimatförändringar, särskilt i tropiska regioner, tillade han.

Yang och hans medhjälpare ser fram emot att utveckla storskaliga modeller för att testa deras teori. I den aktuella studien modellerade de småskaliga system av fuktig och torr luft som förblev stabila genom tiden, som ett storskaligt system skulle göra. För att utveckla en fullskalamodell som fångar aktivitet över hela tropikerna kommer teamet att kräva mycket mer datorkraft. Dessutom hoppas Yang att samla observationsdata från olika tropiska regioner, för att se hur lagets förutsägelser håller i verkligheten.

"Vi vill också veta, hur påverkar ångkraften moln och vindar på jorden?" han sa.  

"En central utmaning när det gäller att förutsäga framtida klimatförändringar ligger i att korrekt bedöma förändringarna till moln på låg nivå, och det är där [ångkraftseffekten] är mer betydande," tillade Pauluis.

•  6 Oväntade effekter av klimatförändringar 
•  5 sätt klimatförändringar påverkar din hälsa 
•  Klimatförändringens verklighet: 10 myter bustade 

Ursprungligen publicerad den . 

ERBJUDANDE: Spara 45% på "Hur det fungerar" Allt om rymden "och" Allt om historia "!

Under en begränsad tid kan du ta ut en digital prenumeration på någon av våra bästsäljande vetenskapsmagasiner för bara 2,38 dollar per månad, eller 45% rabatt på standardpriset för de första tre månaderna.