蒂姆·加勒特 (Tim Garrett)的科學(xué)生涯致力于描述雪花的特征，雪花是云中形成的千變?nèi)f化的冰顆粒，當(dāng)它們落到地球上時(shí)會(huì)發(fā)生巨大的變化。

現(xiàn)在，猶他大學(xué)的大氣科學(xué)家正在利用校園開(kāi)發(fā)的新型儀器解開(kāi)雪花如何響應(yīng)降雪伴隨的空氣湍流而移動(dòng)的謎團(tuán)。在分析了超過(guò) 50 萬(wàn)片雪花后，他的團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)讓他感到驚訝。

他們發(fā)現(xiàn)，預(yù)測(cè)雪花如何移動(dòng)并不是一件難以理解的復(fù)雜事情，而是出人意料的簡(jiǎn)單。

加勒特說(shuō)：“幾十年來(lái)，雪花飄落的方式引起了人們的廣泛關(guān)注，因?yàn)樗穷A(yù)測(cè)天氣和氣候變化的關(guān)鍵參數(shù)。” “這與水循環(huán)的速度有關(guān)。濕氣從天空中落下的速度決定了風(fēng)暴的壽命。”

《從天堂寄來(lái)的信》

日本著名物理學(xué)家中谷宇吉郎將雪晶稱為“來(lái)自天堂的信件”，因?yàn)樗鼈兊木陆Y(jié)構(gòu)攜帶著云層中溫度和濕度波動(dòng)的信息，而云層中的晶體基底和棱鏡面競(jìng)爭(zhēng)水蒸氣沉積。

根據(jù)加勒特和工程學(xué)院同事的最新研究，雖然每片雪花都被認(rèn)為是完全獨(dú)特的，但這些霜狀顆粒如何在空氣中落下——隨著加速、漂移和旋轉(zhuǎn)——遵循一定的模式。雪花運(yùn)動(dòng)對(duì)天氣預(yù)報(bào)和氣候變化具有重要影響，即使在熱帶地區(qū)也是如此。

“大多數(shù)降水都是從雪開(kāi)始的。降雨速度的問(wèn)題如何影響對(duì)地面降水降落位置的預(yù)測(cè)，以及云層將輻射反射到外層空間的持續(xù)時(shí)間，”加勒特說(shuō)。“它甚至?xí)绊憣?duì)颶風(fēng)軌跡的預(yù)測(cè)。”

參與這項(xiàng)研究的還有美國(guó)機(jī)械工程系的Dhiraj Singh和Eric Pardyjak

為了研究雪花的運(yùn)動(dòng)，該團(tuán)隊(duì)需要一種測(cè)量單個(gè)雪花的方法，這多年來(lái)一直是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的難題。

“它們的質(zhì)量非常低。它們的重量可能只有 10 微克，即百分之一毫克，因此無(wú)法以非常高的精度稱量它們，”加勒特說(shuō)。

加勒特與工程學(xué)院合作開(kāi)發(fā)了一種稱為差分發(fā)射率成像測(cè)距儀(DEID)的儀器，可以測(cè)量雪花的水凝物質(zhì)量、尺寸和密度。此設(shè)備已由 Garrett 共同創(chuàng)立的一家名為“粒子通量分析”的公司商業(yè)化。他說(shuō)，猶他州交通部已在小三葉楊峽谷部署了這些設(shè)備，以幫助進(jìn)行雪崩預(yù)報(bào)。

對(duì)于 Garrett 的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，他的團(tuán)隊(duì)將其設(shè)置在著名的滑雪勝地阿爾塔，也是 2020-21 年冬季猶他州降雪最多的地方。該儀器與空氣溫度、相對(duì)濕度和湍流的測(cè)量一起部署，并直接放置在由激光光片和單鏡頭反光相機(jī)組成的粒子跟蹤系統(tǒng)下方。

加勒特說(shuō)：“通過(guò)測(cè)量湍流、雪花的質(zhì)量、密度和大小，并觀察它們?cè)谕牧髦腥绾悟暄眩覀兡軌騽?chuàng)建一幅以前在自然條件下無(wú)法獲得的全面圖像。之前的環(huán)境。”