Un paraíso invernal recuerda a montones de nieve reluciente y esponjosa. Pero para llegar al suelo, los copos de nieve son arrastrados hacia la atmósfera turbulenta, girando en el aire en lugar de caer directamente al suelo.
La trayectoria de las precipitaciones es compleja pero importante no solo para los esquiadores que evalúan la posible nieve en polvo en sus vacaciones alpinas o para los escolares que esperan un día de nieve. Determinar la velocidad de caída de los copos de nieve es crucial para predecir patrones climáticos y medir el cambio climático.
En Física de los Fluidos , investigadores de la Universidad de Utah informan sobre aceleraciones de los copos de nieve en las turbulencias atmosféricas. Descubrieron que, independientemente de la turbulencia o el tipo de copo de nieve, la aceleración sigue un patrón estadístico universal que puede describirse como una distribución exponencial.
El artículo, "Una ley de escala universal para las aceleraciones de los copos de nieve lagrangianos en turbulencias atmosféricas", está escrito por Dhiraj Kumar Singh, Eric R. Pardyjak y Timothy Garrett.
"Incluso en los trópicos, las precipitaciones a menudo comienzan en forma de nieve", dijo el autor Timothy Garrett. "La rapidez con que caen las precipitaciones afecta en gran medida la duración y las trayectorias de las tormentas y la extensión de la cobertura de nubes que puede amplificar o disminuir el cambio climático. Sólo pequeños ajustes en las representaciones del modelo de la velocidad de caída de los copos de nieve pueden tener impactos importantes tanto en el pronóstico de tormentas como en la rapidez con la que se puede esperar el clima". calentarse para un nivel dado de concentraciones elevadas de gases de efecto invernadero."
Instalado en una zona de esquí cerca de Salt Lake City, el equipo luchó contra 900 pulgadas de nieve sin precedentes. Simultáneamente filmaron nevadas y midieron las turbulencias atmosféricas. Utilizando un dispositivo que inventaron que emplea una lámina de luz láser, recopilaron información sobre la masa, el tamaño y la densidad de los copos de nieve.
"En general, como era de esperar, encontramos que los copos de nieve 'esponjosos' de baja densidad responden mejor a los remolinos turbulentos que los rodean", dijo Garrett.
A pesar de la complejidad del sistema, el equipo descubrió que las aceleraciones de los copos de nieve siguen una distribución de frecuencia exponencial con un exponente de tres mitades. Al analizar sus datos, también descubrieron que las fluctuaciones en la distribución de frecuencia de la velocidad terminal seguían el mismo patrón.
"Los copos de nieve son complicados y la turbulencia es irregular. La simplicidad del problema es en realidad bastante misteriosa, particularmente teniendo en cuenta que existe una correspondencia entre la variabilidad de las velocidades terminales (algo aparentemente independiente de la turbulencia) y las aceleraciones de los copos de nieve cuando son sacudidos localmente por turbulencia", dijo Garrett.
Dado que el tamaño determina la velocidad terminal, una posible explicación es que la turbulencia en las nubes que influye en el tamaño de los copos de nieve está relacionada con la turbulencia medida en el suelo. Sin embargo, el factor de tres mitades sigue siendo un misterio.
Los investigadores revisarán su experimento este invierno, utilizando una niebla de gotas de petróleo para observar más de cerca las turbulencias y su impacto en los copos de nieve.
Más información: Dhiraj Kumar Singh et al, Una ley de escala universal para las aceleraciones de los copos de nieve lagrangianos en la turbulencia atmosférica, Física de los fluidos (2023). DOI:10.1063/5.0173359
Información de la revista: Física de los fluidos
Proporcionado por el Instituto Americano de Física
