L'étude des processus physiques à petite échelle qui déterminent la formation, la croissance, l'interaction et la précipitation des particules nuageuses (gouttes et cristaux de glace), incluant la nucléation, la condensation, la collision–coalescence, la congélation et l'évaporation.

Principe

Les propriétés des nuages et les précipitations résultent des interactions entre aérosols, vapeur et hydrométéores régies par la thermodynamique, la cinétique et la physique des collisions ; les voies microphysiques déterminent les distributions de taille et la phase des particules.

Démonstration

Dans un nuage stratiforme chaud, la microphysique explique comment de nombreuses petites gouttes grandissent par collision–coalescence pour former du bruine ; dans des cumulus à phase mixte, le greffage et la multiplication de la glace déterminent le potentiel d'averse ou de neige.

Mauvaise application

Modéliser les effets des nuages uniquement avec des paramètres globaux ou supposer une distribution de tailles de gouttes fixe indépendamment des aérosols et du contexte thermodynamique, ce qui déforme la prévision des précipitations et du comportement radiatif.

Conséquence

Une représentation microphysique précise améliore les prévisions de précipitations, les estimations du forçage radiatif des nuages et la compréhension des interactions aérosols–nuages qui modulant le climat et la météo.

Inversion

Une perspective purement dynamique considère les nuages seulement comme des traceurs de flux et de flottabilité, en ignorant les transformations microphysiques ; cette inversion manque les rétroactions de la microphysique sur la dynamique via le chauffage latent et la traînée.

Limite

Concerne les processus à l'échelle micrométrique à métrique à l'intérieur des nuages ; exclut la dynamique des fluides à grande échelle sauf pour leur influence sur les conditions thermodynamiques et exclut la chimie en phase gazeuse détaillée au-delà des effets hygroscopiques.

Tension sémantique

Il existe une tension entre les descriptions microphysiques détaillées (binaires ou résolues particule par particule) et les paramétrisations globales utilisées en modèles opérationnels : les premières sont plus exactes mais coûteuses, les secondes pratiques mais approximatives.

Synthèse

La microphysique des nuages rassemble les règles thermodynamiques et cinétiques par lesquelles la vapeur, les aérosols et les hydrométéores interagissent pour produire taille, phase et précipitations des particules, servant de lien entre propriétés des aérosols, aspect des nuages et bilan hydrologique.