Los físicos Michael Wilkinson, Bernhard Mehlig y Vlad Bezuglyy explican que cuando la intensidad de la turbulencia excede un umbral, se producirán lluvias repentinas debido a un fuerte aumento en la tasa de colisión de pequeñas gotas de agua. Su trabajo fue publicado en Physical Review Letters. En este artículo, proponen que la tasa de colisión de pequeñas gotas de agua aumenta repentinamente cuando su velocidad en función de la posición se convierte en una función multivaluada. Cuando partículas en el mismo lugar se mueven a diferentes velocidades, la probabilidad de colisiones aumenta significativamente.
Michael Wilkinson dijo: "Nuestra teoría explica cómo la turbulencia causa lluvia. Esta teoría es relevante para cualquier lluvia asociada con cúmulos. Nubes como 'Coliflor', por ejemplo, indican que hay convección. ”
Los cúmulos verticales producidos por convección del aire pueden producir turbulencias debido a la conducción del calor por convección. Esta turbulencia permite que pequeñas gotas de agua ganen suficiente energía inicial para combinarse y formar gotas de lluvia completas. Por el contrario, las nubes estratiformes de desarrollo horizontal producidas por una atmósfera estable no provocan precipitaciones tan rápidas.
En el pasado, los científicos creían que una razón importante para el aumento de las colisiones de gotas de agua era la agregación de partículas en áreas locales. Wilkinson y sus colegas descubrieron que, aunque existe agregación de partículas en una atmósfera turbulenta, tiene poco efecto sobre las tasas de colisión. Descubrieron que incluso con intensidades de turbulencia elevadas, el efecto de agregación de partículas es débil y la tasa de colisión es alta. Y cuando se forman cúmulos, las partículas agregadas requieren una mayor densidad que las partículas individuales.
Basándose en su teoría, los científicos estudiaron datos experimentales anteriores y descubrieron que cuando la intensidad de la turbulencia del aire excede un umbral, se produce "erosión" y la velocidad de colisión de las gotas de agua aumenta dramáticamente.
Wilkinson dijo que originalmente, la palabra "erosión" provenía de la quema de la luz solar enfocada, y luego se refirió a las líneas brillantes producidas por la luz parcialmente enfocada, como las líneas brillantes producidas por las ondas del agua que enfocan la luz. en el fondo de una piscina. Hoy en día, este término se utiliza en el estudio del movimiento de partículas o de la luz, lo que significa que una función se desarrolla y se convierte en una función multidimensional. En el modelo de Wilkinson, la "erosión" es el punto en el que la velocidad de la gota colapsa en función de la posición.
En estos puntos de valores múltiples, la tasa de colisiones aumenta bruscamente, por lo que llueve a los pocos minutos de que aparecen las nubes oscuras.
Wilkinson dijo: "Aunque esta teoría no es útil para el pronóstico del tiempo, creemos que la colisión de partículas en flujos turbulentos jugará un papel importante en la formación de planetas. Nuestro siguiente paso es considerar nuestra teoría Aplicaciones en el estudio de la formación de planetas”