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SALT LAKE CITY — A maioria das pessoas já sabe que quase nenhum floco de neve é igual, mas um novo estudo realizado por pesquisadores da Universidade de Utah oferece uma nova visão sobre como e por que todos os flocos de neve individuais caem daquela maneira.
Suas descobertas, Publicado na revista científica Fluid Physics Na semana passada, ele observou que, apesar da “complexidade das estruturas dos flocos de neve e da natureza irregular da turbulência”, a aceleração de um floco de neve, ou a rapidez com que a neve cai, pode ser “determinada exclusivamente” por uma equação matemática.
“Isso sugere que há algo escondido na atmosfera que é na verdade bastante simples, e não tenho certeza do que seja, mas nossos resultados sugerem que pode haver maneiras de descrever de alguma forma um dos aspectos mais difíceis da ciência atmosférica,” disse Tim Garrett, professor de ciências atmosféricas na Universidade de Utah, e um dos co-autores do estudo: “Talvez isto possa ser resolvido através de um modelo computacional de uma forma bastante simples”.
As descobertas podem abrir as portas para uma melhor compreensão das tempestades de neve e avalanches e para melhores previsões no futuro.
Neve caindo e movimento
Demorou mais de uma década para preparar os resultados do estudo. Garrett começou a medir a rapidez com que os flocos de neve caíam em Alta quando decidiu se aprofundar no assunto. Ele achou que este era o tópico perfeito para explorar, dado seu interesse pela física do movimento e como os habitantes de Utah geralmente gostam de falar sobre neve.
Isto levou a observações iniciais de que os flocos de neve não estavam caindo exatamente como deveriam, com base nos modelos tradicionais de tempo e clima, que se baseavam em equipamentos que levavam em consideração apenas a queda de neve no ar parado. A neve cai de maneiras mais exclusivas do que os modelos sugeridos, o que não é nada surpreendente.
“Mesmo que os cientistas atmosféricos não admitam isso, é claro, todo mundo sabe que os flocos de neve giram no ar”, disse ele ao KSL.com, relembrando o momento.
Então, ele recrutou Dheeraj Singh e Eric Bardjak, dois pesquisadores do Departamento de Engenharia Mecânica da universidade, para ajudar a resolver a relação entre queda de neve e turbulência atmosférica. Eles inventaram – e patentearam – uma ferramenta chamada Escala de medição de emissividade diferencial Medir a massa, o volume e a densidade dos flocos de neve para resolver este mistério científico.
Com a ajuda de uma bolsa da National Science Foundation, a equipe montou o dispositivo em Little Cottonwood Canyon durante a temporada de inverno de 2020-2021. Eles estudaram a temperatura do ar, umidade relativa, turbulência e outros fatores climáticos, e analisaram mais de 500 mil flocos de neve. Todas essas informações forneceram uma “imagem abrangente” nunca antes vista, disse Garrett.
O que descobriram quando juntaram toda esta informação foi que foram capazes de prever a rapidez com que a neve cairia usando o número de Stokes do floco, um número adimensional que ajuda os cientistas a compreender como as partículas interagem com mudanças no fluxo, como a turbulência atmosférica. O número de Stokes é geralmente maior para chuva e menor para neve, razão pela qual caem de forma diferente.
“Como resultado, a neve tende a ser exposta a correntes de ar turbulentas, enquanto a chuva tende a cair diretamente através delas”, disse Garrett. “O que acabamos descobrindo foi que, desde que soubéssemos o número de Stokes, esse número adimensional, o mundo do floco de neve em que vivíamos era, de certa forma, nossa ostra. E isso foi informação suficiente para descrevermos com que frequência os flocos de neve ocorrem em um determinado nível. de aceleração.
Os pesquisadores também apontam, citando pesquisas anteriores de décadas, que as correntes ascendentes nas nuvens influenciam a forma como os flocos de neve se formam. Garrett explica que a adição de novos conhecimentos significa que pode ser possível determinar completamente a queda de neve medindo a turbulência das nuvens.
por que isso Importa
Isto pode ter muitas implicações no futuro. Por exemplo, a forma como os flocos de neve caem é um “parâmetro crítico” para a previsão do tempo, porque a taxa a que a humidade cai das nuvens é tradicionalmente uma medida de quanto tempo durará uma tempestade, disse Garrett num comunicado antes da divulgação do estudo.
Ele explicou ao KSL.com que o novo estudo “não nos leva imediatamente” a uma resposta sobre como prever melhor a duração e intensidade das tempestades, mas poderia fornecer novos insights sobre a relação entre queda de neve e vento. Isso pode levar a futuras descobertas meteorológicas.
“Se for este o caso, e pudermos mostrar no futuro que isto é realmente suportado, isto poderá levar a melhorias muito significativas na modelação de tempestades”, disse ele. “Atualmente, um dos maiores desafios que os modelos meteorológicos enfrentam é prever os tipos de flocos de neve que se formam nas nuvens. Nossos resultados sugerem que algumas das dificuldades… podem eventualmente ser 'menos complexas'.”
Isto pode ser limitado à medição do movimento do ar apenas nas nuvens.
Entretanto, o medidor diferencial de emissões, ferramenta que levou a esta descoberta, já está a ser utilizado de outras formas impactantes. O Departamento de Transportes de Utah comprou alguns dispositivos para ajudá-lo a prever avalanches em lugares como Little Cottonwood Canyon, porque eles medem instantaneamente a densidade da neve, o que costuma ser um fator nas avalanches.
O trabalho também não está feito. Garrett diz que ele e seus colegas coletaram mais dados do que conseguem decifrar; No entanto, ele planeja continuar examinando-o e conduzindo experimentos para entender melhor a queda de neve.
Ele também espera que todos possam encontrar beleza na forma como os flocos de neve dançam no ar enquanto caem neste inverno, enquanto ele e outros descobrem seus segredos.
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