Um país das maravilhas do inverno traz à mente pilhas de neve fofa e brilhante. Mas, para chegar ao solo, os flocos de neve são arrastados pela atmosfera turbulenta, girando no ar em vez de cair diretamente no solo.



O caminho da precipitação é complexo, mas importante para mais do que apenas esquiadores que avaliam o potencial de neve em suas férias nos Alpes ou crianças em idade escolar que esperam um dia de neve. Determinar a velocidade de queda do floco de neve é ​​crucial para prever padrões climáticos e medir as mudanças climáticas.

Em Física dos Fluidos , pesquisadores da Universidade de Utah relatam acelerações de flocos de neve na turbulência atmosférica. Eles descobriram que, independentemente da turbulência ou do tipo de floco de neve, a aceleração segue um padrão estatístico universal que pode ser descrito como uma distribuição exponencial.

O artigo, "Uma lei de escala universal para acelerações de flocos de neve Lagrangeanas na turbulência atmosférica", é de autoria de Dhiraj Kumar Singh, Eric R. Pardyjak e Timothy Garrett.

“Mesmo nos trópicos, a precipitação muitas vezes começa a sua vida como neve”, disse o autor Timothy Garrett. "A rapidez com que a precipitação cai afeta muito a vida útil e as trajetórias das tempestades e a extensão da cobertura de nuvens que pode amplificar ou diminuir as mudanças climáticas. Apenas pequenos ajustes nas representações do modelo da velocidade de queda dos flocos de neve podem ter impactos importantes tanto na previsão de tempestades quanto na rapidez com que o clima pode ser esperado aquecer para um determinado nível de concentrações elevadas de gases de efeito estufa."

Instalada em uma área de esqui perto de Salt Lake City, a equipe lutou contra 2.300 centímetros de neve sem precedentes. Eles filmaram simultaneamente a queda de neve e mediram a turbulência atmosférica. Usando um dispositivo que inventaram que emprega uma folha de luz laser, eles coletaram informações sobre a massa, tamanho e densidade do floco de neve.

"Geralmente, como esperado, descobrimos que os flocos de neve 'fofos' de baixa densidade respondem melhor aos redemoinhos turbulentos circundantes," disse Garrett.

Apesar da complexidade do sistema, a equipe descobriu que as acelerações dos flocos de neve seguem uma distribuição de frequência exponencial com um expoente de três metades. Ao analisar seus dados, eles também descobriram que as flutuações na distribuição de frequência da velocidade terminal seguiam o mesmo padrão.

"Os flocos de neve são complicados e a turbulência é irregular. A simplicidade do problema é na verdade bastante misteriosa, especialmente porque existe esta correspondência entre a variabilidade das velocidades terminais - algo ostensivamente independente da turbulência - e as acelerações dos flocos de neve à medida que são atingidos localmente por turbulência", disse Garrett.

Como o tamanho determina a velocidade terminal, uma possível explicação é que a turbulência nas nuvens que influencia o tamanho do floco de neve está relacionada à turbulência medida no solo. No entanto, o fator de três metades permanece um mistério.

Os investigadores irão revisitar a sua experiência neste inverno, usando uma névoa de gotículas de óleo para obter uma visão mais detalhada da turbulência e do seu impacto nos flocos de neve.

Mais informações: Dhiraj Kumar Singh et al, Uma lei de escala universal para acelerações de flocos de neve Lagrangianas na turbulência atmosférica, Física dos Fluidos (2023). DOI:10.1063/5.0173359
Informações do diário: Física dos Fluidos

Fornecido pelo Instituto Americano de Física