Un paese delle meraviglie invernale richiama alla mente mucchi di neve soffice e scintillante. Ma per raggiungere il suolo, i fiocchi di neve vengono trascinati nell'atmosfera turbolenta, vorticando nell'aria invece di precipitare direttamente al suolo.
Il percorso delle precipitazioni è complesso ma importante non solo per gli sciatori che valutano la potenziale polvere durante le loro vacanze alpine o per i bambini in età scolare che sperano in una giornata di neve. Determinare la velocità di caduta dei fiocchi di neve è fondamentale per prevedere i modelli meteorologici e misurare il cambiamento climatico.
In Fisica dei fluidi , i ricercatori dell'Università dello Utah riferiscono di accelerazioni dei fiocchi di neve nella turbolenza atmosferica. Hanno scoperto che, indipendentemente dalla turbolenza o dal tipo di fiocco di neve, l'accelerazione segue un modello statistico universale che può essere descritto come una distribuzione esponenziale.
L'articolo "Una legge di scala universale per le accelerazioni lagrangiane dei fiocchi di neve nella turbolenza atmosferica" è scritto da Dhiraj Kumar Singh, Eric R. Pardyjak e Timothy Garrett.
"Anche ai tropici, le precipitazioni spesso iniziano la loro vita come neve", ha affermato l'autore Timothy Garrett. "La velocità con cui cadono le precipitazioni influenza notevolmente la durata e le traiettorie delle tempeste e l'estensione della copertura nuvolosa che può amplificare o diminuire il cambiamento climatico. Solo piccole modifiche nelle rappresentazioni del modello della velocità di caduta dei fiocchi di neve possono avere impatti importanti sia sulla previsione delle tempeste che sulla velocità con cui ci si può aspettare il clima". riscaldarsi per un dato livello di elevate concentrazioni di gas serra."
Installata in un comprensorio sciistico vicino a Salt Lake City, la squadra ha lottato contro 900 pollici di neve senza precedenti. Contemporaneamente hanno filmato le nevicate e misurato la turbolenza atmosferica. Utilizzando un dispositivo da loro inventato che utilizza un foglio di luce laser, hanno raccolto informazioni sulla massa, le dimensioni e la densità dei fiocchi di neve.
"In generale, come previsto, scopriamo che i fiocchi di neve 'soffici' a bassa densità sono più reattivi ai vortici turbolenti circostanti", ha affermato Garrett.
Nonostante la complessità del sistema, il team ha scoperto che le accelerazioni dei fiocchi di neve seguono una distribuzione di frequenza esponenziale con un esponente di tre metà. Analizzando i loro dati, hanno anche scoperto che le fluttuazioni nella distribuzione della frequenza della velocità terminale seguivano lo stesso modello.
"I fiocchi di neve sono complicati e la turbolenza è irregolare. La semplicità del problema è in realtà piuttosto misteriosa, soprattutto considerando che esiste questa corrispondenza tra la variabilità delle velocità terminali - qualcosa di apparentemente indipendente dalla turbolenza - e le accelerazioni dei fiocchi di neve quando vengono colpiti localmente da turbolenza", ha detto Garrett.
Poiché la dimensione determina la velocità terminale, una possibile spiegazione è che la turbolenza nelle nuvole che influenza la dimensione del fiocco di neve è correlata alla turbolenza misurata al suolo. Eppure il fattore tre metà rimane un mistero.
I ricercatori rivisiteranno il loro esperimento quest'inverno, utilizzando una nebbia di goccioline d'olio per osservare più da vicino la turbolenza e il suo impatto sui fiocchi di neve.
Ulteriori informazioni: Dhiraj Kumar Singh et al, Una legge di scala universale per le accelerazioni lagrangiane dei fiocchi di neve nella turbolenza atmosferica, Fisica dei fluidi (2023). DOI:10.1063/5.0173359
Informazioni sul giornale: Fisica dei fluidi
Fornito dall'American Institute of Physics
