Una lámina de luz láser revela turbulencias en la caída de los copos de nieve

WASHINGTON, 19 de diciembre de 2023 – Un paraíso invernal que recuerda a montones de nieve esponjosa y brillante. Pero para llegar al suelo, los copos de nieve son arrastrados a través de la atmósfera turbulenta, girando en el aire en lugar de caer directamente al suelo.

La trayectoria de las precipitaciones es compleja, pero importante para algo más que los esquiadores que evalúan el potencial de nieve en sus vacaciones alpinas o los escolares que esperan un día de nieve polvo. Determinar qué tan rápido cae un copo de nieve es crucial para predecir patrones climáticos y medir el cambio climático.

En Physics of Fluids de AIP Publishing, investigadores de la Universidad de Utah informan sobre las aceleraciones de los copos de nieve en la turbulencia atmosférica. Descubrieron que, independientemente de la turbulencia o del tipo de copo de nieve, la aceleración sigue un patrón estadístico universal que puede describirse como una distribución exponencial.

«Incluso en los trópicos, la precipitación a menudo comienza como nieve», dijo el autor Timothy Garrett. «La rapidez con que caen las precipitaciones afecta en gran medida la vida útil y las trayectorias de las tormentas y la extensión de la capa de nubes que puede amplificar o amortiguar el cambio climático. Sólo pequeños ajustes en las representaciones 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 el clima «Se puede esperar que el calentamiento alcance un nivel dado de elevadas concentraciones de gases de efecto invernadero».

Instalado en una zona de esquí cerca de Salt Lake City, el equipo luchó contra una nieve sin precedentes de 2.300 centímetros. 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 del copo 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 encontraron 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 realmente bastante misteriosa, especialmente porque 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 golpeados 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 las tres mitades sigue siendo un misterio.

Los investigadores revisarán su experimento este invierno, utilizando una niebla de gotas de petróleo para obtener una visión más detallada de la turbulencia y su impacto en los copos de nieve.