Dans le ballet aérien des flocons de neige, chaque cristal entame un voyage complexe avant de rejoindre la terre ferme. Une étude récente apporte un éclairage sur ce phénomène, révélant des implications significatives pour la compréhension des systèmes météorologiques et l’évaluation des changements climatiques.
La descente des flocons de neige, loin d’être une chute libre et directe, est un processus influencé par la turbulence atmosphérique. Cette dynamique est essentielle non seulement pour les amateurs de sports d’hiver, mais aussi pour les prévisionnistes météorologiques et les scientifiques qui étudient le changement climatique.
Des chercheurs de l’Université de l’Utah ont publié dans la revue « Physics of Fluids de l’AIP Publishing », une étude détaillant les accélérations des flocons de neige dans la turbulence atmosphérique. Ils ont découvert que, indépendamment de la turbulence ou du type de flocon, l’accélération suit un modèle statistique universel, décrit par une distribution exponentielle.
Des Implications pour la Prévision des Tempêtes et le Climat
« Même sous les tropiques, les précipitations commencent souvent leur existence sous forme de neige », explique Timothy Garrett, auteur principal de l’étude. Il souligne l’importance de la vitesse de chute des précipitations pour comprendre la durée et la trajectoire des tempêtes, ainsi que l’impact de la couverture nuageuse sur le réchauffement climatique.
La précision des modèles météorologiques et les prévisions du réchauffement climatique dépendent fortement de la représentation de la vitesse de chute des flocons de neige. Des ajustements mineurs dans ces modèles peuvent avoir des conséquences majeures sur la prévision des tempêtes et la vitesse du réchauffement climatique en fonction des concentrations de gaz à effet de serre.
Une Méthodologie Innovante
L’équipe de recherche a installé son dispositif expérimental dans une station de ski près de Salt Lake City, affrontant une saison exceptionnelle avec 900 pouces (ou 22,8 mètres) de neige. Ils ont filmé la chute des flocons tout en mesurant la turbulence atmosphérique. Grâce à un dispositif qu’ils ont conçu, utilisant un faisceau laser, ils ont pu recueillir des données sur la masse, la taille et la densité des flocons de neige.
« En général, comme prévu, nous constatons que les flocons de neige de faible densité, plus ‘duveteux’, sont les plus influencés par les tourbillons turbulents environnants », ajoute Timothy Garrett.
Une Distribution Exponentielle Surprenante
Malgré la complexité du système, l’équipe a observé que les accélérations des flocons de neige suivent une distribution fréquentielle exponentielle avec un exposant de trois demi. En analysant leurs données, ils ont également noté que les fluctuations dans la distribution de la vitesse terminale suivaient le même schéma.
« Les flocons de neige sont complexes et la turbulence est irrégulière. La simplicité du problème est en fait assez mystérieuse, surtout qu’il existe cette correspondance entre la variabilité des vitesses terminales – a priori indépendante de la turbulence – et les accélérations des flocons de neige, influencées localement par la turbulence », explique Timothy Garrett.
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La taille étant déterminante pour la vitesse terminale, une explication possible est que la turbulence dans les nuages, qui influence la taille des flocons, est liée à la turbulence mesurée au sol. Cependant, le facteur trois demi reste un mystère.
En synthèse
Cette recherche offre une perspective nouvelle sur la chute des flocons de neige et son influence sur la météorologie et le climat. Les résultats suggèrent une uniformité surprenante dans la complexité de la turbulence atmosphérique, ouvrant la voie à des modèles prévisionnels plus précis. Les chercheurs prévoient de poursuivre leurs expériences pour approfondir la compréhension de l’impact de la turbulence sur les précipitations.
Pour une meilleure compréhension
Quelle est l’importance de la vitesse de chute des flocons de neige ?
La vitesse de chute des flocons de neige est cruciale pour prédire les schémas météorologiques et mesurer les changements climatiques, car elle affecte la durée et la trajectoire des tempêtes ainsi que la couverture nuageuse.
Qu’a découvert l’étude sur les accélérations des flocons de neige?
L’étude a révélé que les accélérations des flocons de neige suivent un modèle statistique universel, décrit par une distribution exponentielle, indépendamment de la turbulence ou du type de flocon.
Quelle méthode les chercheurs ont-ils utilisée pour recueillir leurs données?
Les chercheurs ont utilisé un dispositif qu’ils ont inventé, qui emploie un faisceau laser pour mesurer la masse, la taille et la densité des flocons de neige.
Quelle est la relation entre la taille des flocons de neige et la turbulence?
La taille des flocons de neige, qui détermine leur vitesse terminale, pourrait être influencée par la turbulence dans les nuages, qui serait elle-même liée à la turbulence mesurée au sol.
Quels sont les plans futurs des chercheurs?
Les chercheurs envisagent de réitérer leur expérience en utilisant un brouillard de gouttelettes d’huile pour examiner de plus près la turbulence et son impact sur les flocons de neige.
Références
Article : « A universal scaling law for Lagrangian snowflake accelerations in atmospheric turbulence » – DOI: 10.1063/5.0173359
