有可能创造一个封闭的人造天气系统吗?

Question

有很多实验，通常是针对孩子的，包括“在瓶子里制造一朵云”或类似的东西。这些练习就其本身而言是整洁的，但与真正的云的美丽相比就显得苍白了。其实你只是在瓶子里制造雾。

使用目前可用的(最好是消费级)技术，是否有可能创建江南登录网址app下载真正的云?或者更好，一个真正的天气系统?想象你有一个封闭的10英尺宽的立方体。如果你在里面建造一个景观，包括山脉和水体，并且你可以完全控制立方体的边界条件(温度，进出气流等)，你能在立方体内再现高耸的积云之美吗?更进一步……你能创造雷暴吗?

我对天气的工作原理有一个非常基本的了解，但作为工程师的我说，理论上这应该是可能的。但在现实中，很多小细节都让我眼前一亮，可能会成为节目的绊脚石。空气动力学不能按比例计算，因为空气分子的大小在所有尺度上都是恒定的。我怀疑这个限制也会影响我的天气系统谜题。同样关于雷暴，我怀疑这个10英尺宽的立方体可能无法模拟行星接地、大气等在放电产生中的作用。

Answer 1

真正的云是美丽的，因为它们很大，你从远处观察它们，因此有能力看到一个明显的“边界”，因此，形状。但是，如果你曾经乘坐飞机穿过云层，从而近距离观察云层，你会发现它们真的“只是雾”。你很难在一个狭小的环境中重建一个规模云;水分子有一个相当一致的大小，你不能把整个系统缩小。

同样，你可能会制造一场雷暴，但在这种规模下，它结束得太快，你几乎看不到它。一个明显的例子就是水蒸气离开水壶凝结时水滴的运动。你只会看到一股蒸汽颗粒快速旋转，嗯，这几乎是你能看到的最接近暴风雨的情况。

有些现象，比如空气漩涡，可以在更小的尺度上显现出来——我在我的花园里看到过不止几个迷你龙卷风，它们把树叶像漏斗一样拖来拖去——但我不确定你是否能容纳足够的能量，在一个小管子里看到这种现象发生的时间超过几分之一秒。

Answer 2

我记得有几次读到NASA的一个很大的机库出现了“室内下雨”的现象。也不是屋顶漏水，因为即使是万里无云的夜晚，这种事还是会发生。据推测，大楼里实际上有云在形成。

这里有一篇关于它的文章:

http://www.popsci.com/江南登录网址app下载technology/article/2010-03/nasa-and-us-navy-pledge-save-silicon-valleys-massive-airship-hangar

Answer 3

一个非常优雅的物理演示罗伯特·w·伍德包括在演讲厅里重现龙卷风。

来源(引用自记忆):

西布鲁克，伍德博士，现代实验室巫师。纽约，1941年。

Answer 4

这位艺术家Berndnaut Smilde定期创建建筑物内有相当大的云。一个例子:

Nimbus II, 2012数码c型印刷75 x 112厘米MariaKapel酒店，霍恩，荷兰

这些云是气凝胶和凝结的水蒸气的结合，但我不确定它们是如何形成的。这些云通常只会持续足够长的时间来拍摄几张照片。我认为现实主义与灯光有很大关系。

Answer 5

是的，建立一个类似于你所描述的结构是可能的，这正是一些研究人员用来研究云的形成和其中运作的过程。其他的回答和评论已经确定，重建全面的天气系统可能是不可能的，但是气象云室存在是为了重现某些天气现象。你问“最好是消费级”例如，但由于所有这些类型的设备在某种程度上都是有效地自定义构建的，您可能会创建一个“消费级”版本(只是不一定期望从您的努力中获得研究级数据!)。

从研究的角度来看，它们主要用于研究云内部的微物理过程:冰核凝结、云中分子间的化学相互作用、雪的形成、冰晶日化、雷暴电气化等。正如你在问题中指出的那样，缩小比例的问题意味着它们不适合重现大规模的天气特征，尽管我认为限制是你想要构建的那样大……

这里有一个链接到研究级冰云室，在英国曼彻斯特大学使用。这里有一些关于它是如何组合在一起的很棒的照片(不幸的是我没有得到允许把它们放在这里)。从本质上讲，它是一个10米高的钢室，可以冷却到零下55摄氏度左右。可以降低压力来模拟对流层上层的情况(约50hPa)。它有时被用来再现雷暴电气化的条件。

这是一个视频自制云室在行动(同样，它是在模仿云中的小尺度特征和过程，而不是天气系统本身)，以及如何建立它的简单图表:这里使用酒精，因为它比水更容易蒸发和凝结。底部的干冰冷却腔室的下部，在腔室内产生温度梯度。酒精滴会从条带上蒸发，在顶部形成雾(云)，然后在遇到冷空气时凝结，在靠近底部的地方形成温和的雨滴。这里有一个链接更详细的说明。

在这些设置之间的东西是最接近你将来重新创造“真正的”云在家里。它们不会像山脉上高耸的积云那样美丽(尽管有人说云的微物理过程是美丽的)。

Annecdote 1:在维也纳举行的2014年EGU年会上，主办方创建了一系列的房间你可以穿过云层，体验身处其中的感觉。

Annecdote 2顺便提一句，第一个创造“气象室”的人是CTR威尔逊他试图重现他在苏格兰高地本尼维斯看到的云层结构。他的发明实际上导致了电离辐射的发现。http://www-outreach.phy.cam.ac.uk/camphy/cloudchamber/cloudchamber_index.htm

Answer 6

麻省理工学院(MIT)提供了一个旋转罐设置。江南登录网址app下载这个所谓的“天气箱”能够进行大量实验，展示发生在大气和海洋中的各种现象。在旋转的水槽中加入不同的食用色素，可以使这种现象可视化，有时会产生漂亮的云状结构。我曾经有机会向孩子们展示一些实验，他们的反应非常积极。

看到他们的网站获取更多信息和说明。

Answer 7

我认为它必须是密闭的，我在尝试我自己的理论，但要小得多。我要尝试一下为什么地球是平的，因为上面有水。基本上，我的想法是把一株植物放在泥土里，在一个玻璃球里生长，玻璃球是圆形的，里面有所需的气体。然后把它浸入水中，如果这么长时间后什么都没有发生，我就在里面放虫子，如果什么都没有发生，那么就会有更大的东西，等等。

Answer 8

你只需要一个足够大的空间。你需要在它的顶部有冰冷的空气，然后在底部有温暖的空气，还有凝结的水蒸气。然后你可能会下雨，甚至下雪，这取决于温度。如果条件合适，你甚至会有云。如果你想制造一场雷暴，你也需要空气运动，向上，向下，向侧面等等。你肯定需要产生冰雹和强降雨。从理论上讲，这是可能的，但它非常非常昂贵(你需要一个大型建筑/机库或圆顶，Nasa有一个;))和非常昂贵的设备来让它工作，另一方面，一旦你有了它，你就创造了别人从未建造过的东西)，你可以在封闭的环境中控制天气。