Une recherche en Utah pourrait changer tout ce que nous savons sur les chutes de neige

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SALT LAKE CITY — La plupart des gens savent déjà que presque aucun flocon de neige ne se ressemble, mais une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université de l'Utah offre de nouvelles informations sur comment et pourquoi tous les flocons de neige tombent comme ils le font.

Leurs découvertes, Publié dans la revue scientifique à comité de lecture Fluid Physics La semaine dernière, il a noté que malgré la « complexité des structures des flocons de neige et la nature irrégulière des turbulences », l'accélération d'un flocon de neige, ou la vitesse à laquelle la neige tombe, peut être « déterminée de manière unique » par une équation mathématique.

« Cela suggère qu'il y a quelque chose qui se cache dans l'atmosphère et qui est en fait assez simple, et je ne suis pas sûr de savoir de quoi il s'agit, mais nos résultats suggèrent qu'il pourrait y avoir des moyens de décrire d'une manière ou d'une autre l'un des aspects les plus difficiles de la science atmosphérique. » a déclaré Tim Garrett, professeur de sciences atmosphériques à l'Université de l'Utah et l'un des co-auteurs de l'étude : « Peut-être que cela pourrait être résolu via un modèle informatique d'une manière assez simple. »

Les résultats pourraient ouvrir la porte à une meilleure compréhension des tempêtes de neige et des avalanches, ainsi qu’à de meilleures prévisions à l’avenir.

Chutes de neige et mouvement

Il a fallu plus d’une décennie pour préparer les résultats de l’étude. Garrett a commencé à mesurer la rapidité avec laquelle les flocons de neige tombaient à Alta lorsqu'il a décidé d'approfondir le sujet. Il a pensé que c'était le sujet idéal à explorer étant donné son intérêt pour la physique du mouvement et la façon dont les Utahn aiment généralement parler de la neige.

Cela a conduit aux premières observations selon lesquelles les flocons de neige ne tombaient pas comme ils étaient censés le faire, sur la base des modèles météorologiques et climatiques traditionnels, basés sur des équipements prenant uniquement en compte les chutes de neige dans l'air calme. La neige tombe de manière plus unique que ne le suggèrent les modèles, ce qui n’est pas du tout surprenant.

« Même si les spécialistes de l'atmosphère ne l'admettent pas, bien sûr, tout le monde sait que les flocons de neige tournent dans l'air », a-t-il déclaré à KSL.com, se souvenant de ce moment.

Il a donc recruté Dheeraj Singh et Eric Bardjak, deux chercheurs du département de génie mécanique de l'université, pour l'aider à résoudre la relation entre les chutes de neige et les turbulences atmosphériques. Ils ont inventé – et breveté – un outil appelé Échelle de mesure de l'émissivité différentielle Mesurer la masse, le volume et la densité des flocons de neige pour résoudre ce mystère scientifique.

Avec l’aide d’une subvention de la National Science Foundation, l’équipe a installé l’appareil sur un site de Little Cottonwood Canyon pendant la saison hivernale 2020-2021. Ils ont étudié la température de l'air, l'humidité relative, les turbulences et d'autres facteurs météorologiques, et analysé plus de 500 000 flocons de neige. Toutes ces informations ont fourni une « image complète » qui n’avait jamais été vue auparavant, a déclaré Garrett.

Ce qu'ils ont découvert en rassemblant toutes ces informations, c'est qu'ils étaient capables de prédire la rapidité avec laquelle la neige tomberait en utilisant le nombre de Stokes du flocon, un nombre sans dimension qui aide les scientifiques à comprendre comment les particules interagissent avec les changements d'écoulement tels que les turbulences atmosphériques. Le nombre de Stokes est généralement plus élevé pour la pluie et plus faible pour la neige, c'est pourquoi ils tombent différemment.

« En conséquence, la neige a tendance à être exposée aux courants d'air turbulents, tandis que la pluie a tendance à tomber directement à travers eux », a déclaré Garrett. « Ce que nous avons fini par découvrir, c'est que tant que nous connaissions le nombre de Stokes, ce nombre sans dimension, le monde des flocons de neige dans lequel nous vivions était en quelque sorte notre huître. Et c'était suffisamment d'informations pour nous permettre de décrire la fréquence à laquelle les flocons de neige se produisent à un certain niveau. d'accélération.

Les chercheurs soulignent également, citant des recherches antérieures vieilles de plusieurs décennies, que les courants ascendants dans les nuages ​​influencent la formation des flocons de neige. Garrett explique que l'ajout de nouvelles connaissances signifie qu'il pourrait être possible de déterminer pleinement les chutes de neige en mesurant la turbulence des nuages.

en quoi est-ce important

Cela pourrait avoir de nombreuses implications dans le futur. Par exemple, la façon dont les flocons de neige tombent est un « paramètre critique » pour les prévisions météorologiques, car la vitesse à laquelle l'humidité tombe des nuages ​​est traditionnellement une mesure de la durée d'une tempête, a déclaré Garrett dans un communiqué avant la publication de l'étude.

Il a expliqué à KSL.com que la nouvelle étude « ne nous amène pas immédiatement » à une réponse sur la façon de mieux prédire la durée et l'intensité des tempêtes, mais qu'elle pourrait fournir de nouvelles informations sur la relation entre les chutes de neige et le vent. Cela pourrait conduire à de futures percées météorologiques.

« Si tel est le cas, et que nous pouvons démontrer à l'avenir que cela est effectivement pris en charge, cela pourrait conduire à des améliorations très significatives dans la modélisation des tempêtes », a-t-il déclaré. « Actuellement, l'un des plus grands défis auxquels sont confrontés les modèles météorologiques est de prédire les types de flocons de neige qui se forment dans les nuages. Nos résultats suggèrent que certaines des difficultés… pourraient éventuellement être « moins complexes ». « 

Cela peut se limiter à mesurer uniquement le mouvement de l’air dans les nuages.

Entre-temps, le compteur d’émission différentielle, l’outil qui a conduit à cette découverte, est déjà utilisé à d’autres fins. Le ministère des Transports de l'Utah a acheté quelques appareils pour l'aider à prédire les avalanches dans des endroits comme Little Cottonwood Canyon, car ils mesurent instantanément la densité de la neige, qui est souvent un facteur d'avalanches.

Le travail n’est pas terminé non plus. Garrett dit que lui et ses collègues ont collecté plus de données qu'ils n'ont le temps de déchiffrer ; Il prévoit cependant de continuer à l’examiner et à mener des expériences pour mieux comprendre les chutes de neige.

Il espère également que tout le monde pourra découvrir la beauté de la façon dont les flocons de neige dansent dans l'air lorsqu'ils tombent cet hiver, tandis que lui et d'autres découvriront ses secrets.

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