В ходе исследования, которое может улучшить прогнозирование погоды, ученые из Юты обнаружили, что движение снежинок удивительно предсказуемо. Тим Гарретт посвятил свою научную карьеру описанию снежинок — протеиновых частиц льда, которые образуются в облаках и кардинально меняются при падении на Землю. Теперь ученый-атмосферолог из Университета Юты раскрывает тайну того, как снежинки движутся в ответ на турбулентность воздуха, сопровождающую снегопад, с помощью новых приборов, разработанных в кампусе. Проанализировав более полумиллиона снежинок, его команда пришла в изумление. Оказалось, что предсказать движение снежинок не так уж сложно, как кажется, а удивительно просто.
Письма, посланные с небесИзвестный японский физик Укичиро Накая назвал снежные кристаллы «письмами, посланными с небес», поскольку их тонкие структуры несут информацию о колебаниях температуры и влажности в облаках, где базальные и призматические грани кристаллов конкурируют за осаждение водяных паров. Хотя считается, что каждая снежинка совершенно уникальна, то, как эти морозные частицы падают в воздухе — ускоряются, дрейфуют и кружатся, — подчиняется определенным закономерностям, согласно новому исследованию Гаррета и его коллег из Инженерного колледжа. Движение снежинок имеет важное значение для прогнозирования погоды и изменения климата, даже в тропиках.
В исследовании также участвуют Дхирадж Сингх и Эрик Пардьяк с факультета машиностроения Университета. Для изучения движения снежинок команде понадобился способ измерения отдельных снежинок, что было сложной загадкой на протяжении многих лет.
Работая с преподавателями инженерного факультета, Гарретт разработал прибор под названием Differential Emissivity Imaging Disdrometer, или DEID, который измеряет массу, размер и плотность гидрометеоритов снежинок. Впоследствии это устройство было коммерциализировано компанией, соучредителем которой является Гарретт, под названием Particle Flux Analytics. По его словам, Департамент транспорта штата Юта установил это оборудование в каньоне Литтл Коттонвуд, чтобы помочь в прогнозировании схода лавин. Для полевых экспериментов Гарретта его команда установила оборудование в Альте, известном горнолыжном курорте и самом снежном месте штата Юта зимой 2020-21 года. Приборы были развернуты наряду с измерениями температуры воздуха, относительной влажности и турбулентности, а также размещены непосредственно под системой слежения за частицами, состоящей из лазерной лампы и однообъективной зеркальной камеры.
Полученные результаты оказались не такими, как ожидала команда. Несмотря на сложную форму снежинок и неравномерное движение воздуха, с которым они сталкиваются, исследователи обнаружили, что могут предсказать ускорение снежинок на основе параметра, известного как число Стокса (St), который отражает, насколько быстро частицы реагируют на изменения в движении окружающего воздуха. Когда команда проанализировала ускорение отдельных снежинок, оказалось, что среднее значение почти линейно увеличивается с ростом числа Стокса. Более того, распределение этих ускорений можно было описать одной экспоненциальной кривой, не зависящей от числа Стокса. Исследователи обнаружили, что эта же математическая закономерность может быть связана с тем, как изменение формы и размера снежинок влияет на скорость их падения, что говорит о фундаментальной связи между движением воздуха и тем, как меняются снежинки при падении из облаков на землю.
Исследование опубликовано в журнале Physics of Fluids. 19.12.2023 |
Экология
Таяние арктических льдов может привести к похолоданию — есть пример из прошлого | |
Усиленное таяние арктического морского льда, в... |
Ученые предложили добавлять гипс в буровые отходы для повышения экологичности | |
При бурении скважин используются растворы, сод... |
В ПГУ создают экономичные фотокатализаторы для очистки воды и воздуха | |
Фотокатализаторы на основе наноматериалов... |
Фон в норме: океанологи исследовали ядерные захоронения в северных морях | |
Захоронения ядерных отходов в Карском и&n... |
Ecology: Из-за потепления белые медведи и ездовые собаки травмируют лапы | |
У белых медведей в некоторых районах Аркт... |
JHazMat: Дизайнерский биочар вычистил из воды фармпрепараты и нутриенты | |
Ибупрофен, как и многие другие лекар... |
В ТГУ создали сорбент для улавливания углекислого газа на МКС и подлодках | |
Томские химики создали новый материал, который... |
SciAdv: Деревья превратят в доступные экологически чистые промышленные химикаты | |
Деревья — это богатый природны... |
Science Advances: Утрата азотных фиксаторов угрожает биоразнообразию, экосистеме | |
Как деятельность человека, например, использов... |
Эксперты оспорили надежность моделей прогнозирования столкновений судов с китами | |
Новое исследование показало, что существу... |
Nature Ecology & Evolution: Луга реагируют на изменение климата с запозданием | |
Изменение климата влияет на все экос... |
Ученые СПбГУ подтвердили биогенное происхождение железо-марганцевых образований | |
Гипотезу о том, что железо-марганцев... |
Conservation Letters: Фауна тропических лесов не переживет изменение климата | |
Исследования показали, что две трети... |
В Томском политехе создали первые образцы экологичного авиатоплива из биосырья | |
Ученые Томского политехнического университета ... |
Возраст каменных ежей из Восточного Таймыра определили ученые СПбГУ | |
Глендониты, или каменные ежи —... |
Science: Лесная растительность в Европе мигрирует на запад на 3,56 км ежегодно | |
Многие виды европейских лесных растений переме... |
STE: Ученые нашли нанопластик в тканях новорожденных | |
Даже новорожденные грызуны могут столкнуться с... |
Продовольственная система разрушена, и у нас осталось всего 60 урожаев | |
Защитники окружающей среды, исследователи, фер... |
В СПбГУ установили причины извержения вулканов 100 миллионов лет назад | |
Вулканические породы в Забайкальском крае... |
Система опреснения воды на солнечных батареях обеспечит дешевой питьевой водой | |
Опреснительную систему, работающую на сол... |
JEM: Зеленые зоны в мегаполисах улучшают здоровье жителей | |
Хотя доступ к природе — это&nb... |
JACS: Разработан способ гидрогенизации азотсодержащих ароматических соединений | |
Чтобы снизить вред от химического произво... |
NatComm: Ученым удалось визуализировать ударные волны в полимере | |
Устойчивое развитие — сложная пробл... |
В УГНТУ разработали новый способ утилизации газов | |
Способ утилизации топочных газов на предп... |
Nature Chemistry: Новый катализатор производит метан с помощью электричества | |
Новый катализатор, с помощью которого мож... |
Nature Geoscience: Антарктида зеленеет с ужасающей скоростью | |
За последние 40 лет растительный покров А... |
RSC Sustainability: Для производства фумаровой кислоты начнут применять выбросы | |
Из-за быстрого накопления пластиковых отходов ... |
mSphere: Зоопланктон «брезгует» бактериями из канализационных стоков | |
Зоопланктон — крошечные водные живо... |
Environmental Science & Technology: Выяснилось, как именно бактерии едят пластик | |
Не любите пластмассу? Вы просто не у... |
NCC: Изменение климата повлияет на запасы углерода в Арктике разными путями | |
В ходе экосистемного эксперимента группа иссле... |