Naukowiec NASA opracowuje pierwszy model 3D topnienia płatka śniegu

Jednym ze sposobów, w jaki NASA bada kriosferę, są badania nad płatkami śniegu - szczególnie jak topi się śnieg. Dzięki lepszemu zrozumieniu topniejącego śniegu naukowcy mogą nauczyć się ulepszać naukę przewidywania, rozpoznając sygnaturę w sygnałach radarowych mokrego, ciężkiego śniegu, rodzaj opadów, które mogą prowadzić do złamanych kończyn drzew i linii energetycznych.

W wyższych temperaturach, gdzie temperatury są znacznie chłodniejsze, krople deszczu zaczynają życie jako płatki śniegu, które topnieją, gdy schodzą w obszary o temperaturach powyżej zera. Jednak topienie płatków śniegu może powodować różnego rodzaju problemy, od blokowania sygnałów radiowych i wpływania na wzorce pogodowe na potencjalne zagrożenia lotnicze. Korzystając z nowego modelu 3D Leinonena, który odtwarza ważne cechy topienia płatków śniegu, naukowcy mogą lepiej zrozumieć sam proces topnienia oraz sposób, w jaki może to wpływać na rodzaj płatka śniegu.

Leinonen i Annakaisa von Lerber z Uniwersytet Aalto w Finlandii opublikował niedawno artykuł na temat modelu numerycznego, zatytułowany "Symulacja topnienia płatków śniegu z wykorzystaniem wygładzonych hydrodynamiek cząstek" w Journal of Geophysical Research - Atmospheres. Badanie może ostatecznie pomóc badaczom stworzyć lepsze modele, aby pokazać, jak topniejące płatki śniegu oddziałują z sygnałami radarowymi i telekomunikacyjnymi.

Streszczenie brzmi: "Motywowane potrzebą zrozumienia mikrofizyki i poprawy teledetekcji warstwy topienia opadów, opracowaliśmy numeryczny model trójwymiarowy do topienia pojedynczych płatków śniegu. Model wykorzystuje metodę hydrodynamiki cząstek wygładzonych i jest wymuszany przez napięcie powierzchniowe, które steruje przepływem wody lodowej na powierzchni lodu. Przenikanie ciepła ze środowiska do płatka śniegu jest symulowane za pomocą schematu Monte Carlo. W modelowych eksperymentach z płatkami śniegu o różnych rozmiarach i gęstościach zaobserwowaliśmy, że woda ma tendencję do początkowego gromadzenia się w wklęsłych obszarach powierzchni płatka śniegu. Te ciekłe obszary wodne łączą się w miarę ich wzrostu, a po dodaniu wody lodowej tworzą warstwę cieczy wokół rdzenia lodowego. To ostatecznie przekształca się w kroplę wody. Obserwowane cechy podczas topienia są zgodne z wynikami eksperymentu z wcześniejszych badań, co sugeruje, że model jest odpowiedni do badania fizyki topnienia płatków śniegu. Główne pozostałe niepewności wynikają z pominięcia sił aerodynamicznych z modelu. Wyniki sugerują, że stopień rymowania ma znaczący wpływ na topnienieProces: Podczas wstępnego topienia, ciekła woda jest widoczna na powierzchni nieobrobionych lub lekko zwierciadlanych cząstek, podczas gdy rym zapewnia porowatą strukturę, która może absorbować stosunkowo dużą ilość wody z roztopionego materiału. Riming wzmacnia również połączenia pomiędzy różnymi częściami płatka śniegu, dzięki czemu raped płatki śniegu są mniej podatne na rozpad podczas topienia, podczas gdy unrimed one rozpadają się dość łatwo. "

Jak pokazuje symulacja 3D, woda z roztopionego materiału zbiera się najpierw na powierzchnia płatka śniegu w wklęsłych, ciekłych obszarach wodnych. Następnie regiony scalą się i utworzą płynną skorupę wokół rdzenia lodowego, zanim ostatecznie zamieni się w kroplę wody. Jednowentymetrowy model płatka śniegu 3D w filmie składa się z wielu pojedynczych kryształków lodu. Kiedy zderzają się w powietrzu, ramiona kryształów splatają się ze sobą.

W profilu radaru od góry do dołu atmosferycznego widoczna, niezwykle jasna warstwa - znacznie jaśniejsza od otaczających warstw atmosfery - jest widoczna na wysokości, na której spadający grad i śnieg topnieją CD3D .

Leinonen wyjaśnił: "Przyczyny tej warstwy nadal nie są szczególnie jasne, i była dyskusja w społeczności. "

Podczas gdy prostsze modele będą w stanie lepiej odtwarzać jasną warstwę stopu, to szczegółowe podejście pomoże naukowcom zrozumieć, w jaki sposób warstwa jest powiązana z konkretną rodzaj topniejącego śniegu i długości fal radarowych, których używają naukowcy, aby go obserwować.

W ciągu następnego roku NASA zapewni światu wewnętrzne spojrzenie na prowadzone przez niego badania, aby dowiedzieć się więcej o tym ważnym komponencie Ziemi.