Крайне важно лучше понять физику этого процесса, потому что массовое перераспределение снега может увеличить риск схода лавин, вызвать необычное скопление снега в городских районах, а также значительно снизить видимость, что повлияет на поездки.С этой целью группа швейцарских исследователей из WSL-Института исследований снега и лавин (SLF) во главе с профессором Майклом Ленингом изучает потоки массы и импульса во время метелей, стремясь лучше понять связь между снегом. эрозия покрытия и отложения.
Во время 68-го ежегодного собрания отделения гидродинамики Американского физического общества, 22-24 ноября 2015 г., в Бостоне Филип Кривелли, доктор философии. Студент, работающий над проектом, поделится своими выводами.«Снег — сложное явление, которое включает в себя несколько различных процессов, происходящих в разных временных масштабах», — сказал Энрико Патерна, научный сотрудник SLF. «Наблюдение за процессом в контролируемой холодной аэродинамической трубе дает значительно более четкое представление об этих механизмах и позволяет лучше их охарактеризовать».
Для этого группа использует аэродинамическую трубу, которая позволяет проводить эксперименты при отрицательных температурах, потому что она находится в неотапливаемом помещении, расположенном в Швейцарских Альпах на высоте 1670 метров (5479 футов). «Мы стараемся наблюдать явления в контролируемых условиях как можно ближе и с максимальной точностью», — добавил он.За пределами лаборатории допускается естественное накопление снежного покрова на металлических лотках. «Затем мы перемещаем эти лотки в аэродинамическую трубу, по которой движемся с желаемой скоростью, и измеряем динамику снежного покрова», — сказал Патерна.Цель этих экспериментов — измерить массовый поток метеля и охарактеризовать турбулентный пограничный слой, который предоставляет данные о пространственной и временной статистике «сальтации», то есть того, как снег переносится ветром.Группа использует различные методы измерения, такие как звуковые анемометры, горячие провода, счетчики частиц снега и теневую съемку, которые включают освещение потока частицами снега с одной стороны туннеля — стены сделаны из стекла — и получение изображений с помощью с другой стороны — скоростная камера.
«Частицы кажутся темными на изображениях, и, вычислив размер и смещение этих частиц, можно получить данные о потоке массы», — отметил Патерна.Группа также измеряет турбулентный воздушный поток, чтобы понять, как он взаимодействует с метельчатым снегом.
Затем они отслеживают пространственные и временные изменения высоты снежного покрова во время сальтации с помощью инфракрасных датчиков. «Мы постоянно наблюдаем за этими тремя величинами: сальтацией снега, снежным покровом и турбулентным потоком», — сказал он.Что они открывают«Снег более прерывистый, чем песок — более известный и более простой процесс», — сказал Патерна. «Это явно требует более глубокого понимания задействованных механизмов».
Итак, исследователи изучают, как периодичность связана с изменением свойств снежного покрова и турбулентного потока, проводя контролируемые эксперименты для измерения того и другого.С точки зрения приложений точное представление метеорологического снега в метеорологических моделях является ключевым аспектом точной оценки баланса масс в заснеженных регионах — это критически важно для прогнозирования изменений высоты снежного покрова, лавинной опасности и даже для прогнозирования снежного заноса.Твердое понимание физики снежного покрова, конечно, очень полезно.
«Существует общее представление о влиянии снегопада на средние количества, то есть на результаты, усредненные по времени», — пояснил Патерна. «В некоторых случаях это даже происходит из экспериментов с дрейфующим песком. Но не хватает знаний о движущих механизмах, стоящих за этим процессом, и о том, как взаимодействуют турбулентный поток, метель и снежный покров».Благодаря достижениям группы в понимании этих взаимодействий, их работа теперь используется для проверки численных моделей исследовательской группы Лаборатории криосферных наук Федеральной политехнической школы Лозанны под руководством профессора Майкла Ленинга.
«В целом, наша работа помогает объяснить баланс массы больших ледников и ледяных щитов от гор до полюсов по всему миру», — сказал Патерна. «Дрейфующий и метель — одна из самых больших неизвестных в оценке нынешней массы снега и льда в Антарктиде. Только получив лучшее понимание этого процесса, мы сможем сделать точные прогнозы изменений, касающихся этой деликатной проблемы баланса массы. "