De onde vem a neve? Esta pode parecer uma questãosimples de se ponderar, já que metade do planeta emerge de uma temporada de observação de flocos caprichosos caindo do canãu - e retirando-os das cala§adas. Mas um novo estudo sobre como a águase transforma em gelo em nuvens a¡rticas ligeiramente super-resfriadas pode fazer vocêrepensar a simplicidade das coisas fofas. O estudo, publicado por cientistas do Laborata³rio Nacional Brookhaven do Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE) nos Anais da Academia Nacional de Ciências, inclui novas evidaªncias diretas de que o estilhaa§amento de gotas de garoa leva a eventos explosivos de "multiplicação de gelo". As descobertas tem implicações para previsaµes do tempo, modelagem climática, abastecimento de água- e atémesmo infraestrutura de energia e transporte.

"Nossos resultados lana§am uma nova luz sobre a compreensão anterior baseada em experimentos de laboratório sobre como as gota­culas de águasuper-resfriada - águaque ainda éla­quida abaixo de seu ponto de congelamento - se transformam em gelo e, eventualmente, em neve", disse o cientista atmosfanãrico do Brookhaven Lab Edward Luke, autor principal papel. Os novos resultados, do radar de nuvem de longo prazo do mundo real e medições de bala£o meteorola³gico em nuvens de fase mista (compostas de águala­quida e gelo) em temperaturas entre 0 e -10 graus Celsius (32 e 14 ° Fahrenheit), fornecem evidaªncias que a fragmentação congelante de gotas de garoa éimportante para a quantidade de gelo que se formara¡ e, potencialmente, caira¡ dessas nuvens na forma de neve.

“Agora, os modelos clima¡ticos e os modelos de previsão do tempo usados ​​para determinar quanta neve vocêtera¡ que remover podem dar um salto adiante usando uma física muito mais realista para simular a formação de gelo 'secunda¡ria'”, disse Luke.

A precipitação de neve de nuvens super-resfriadas geralmente se origina departículas "prima¡rias" de gelo , que se formam quando a águacristaliza empartículas minaºsculas de poeira ou aerossãois na atmosfera, conhecidas comopartículas de nucleação de gelo. No entanto, em temperaturas ligeiramente super-resfriadas (ou seja, 0 a -10 ° C), observações de aeronaves mostraram que as nuvens podem conter muito mais cristais de gelo do que pode ser explicado pelas relativamente poucaspartículas de nucleação de gelo presentes. Este fena´meno intrigou a comunidade de pesquisa atmosfanãrica por décadas. Os cientistas pensaram que a explicação éa produção "secunda¡ria" de gelo, na qual aspartículas de gelo adicionais são geradas a partir de outraspartículas de gelo. Mas capturar o processo em ação no ambiente natural tem sido difa­cil.

Explicações anteriores de como as formas secunda¡rias de gelo dependiam principalmente de experimentos de laboratório e voos de amostragem de curto prazo baseados em aeronaves. Um entendimento comum que surgiu de vários experimentos de laboratório foi quepartículas de gelo relativamente grandes e de queda rápida, chamadas rimers, podem "coletar" e congelar gota­culas de nuvem super-resfriadas - que então produzempartículas de gelo mais minaºsculas, chamadas lascas. Mas acontece que essa "fragmentação do tempo" não équase toda a história.

Os novos resultados do artico mostram que gotas maiores de águasuper-resfriada, classificadas como garoa, desempenham um papel muito mais importante na produção departículas de gelo secunda¡rias do que comumente se pensa.

"Quando uma parta­cula de gelo atinge uma dessas gotas de garoa, ela provoca o congelamento, que primeiro forma uma casca de gelo sãolida ao redor da gota", explicou Fan Yang, coautor do artigo. "Então, conforme o congelamento se move para dentro, a pressão comea§a a aumentar porque a águase expande conforme congela. Essa pressão faz com que a queda da garoa se estilhace, gerando maispartículas de gelo."

Os dados mostram que esse processo de "congelamento da fragmentação" pode ser explosivo.

"Se vocêtivesse uma parta­cula de gelo desencadeando a produção de outra parta­cula de gelo, não seria tão significativo", disse Luke. "Mas fornecemos evidaªncias de que, com esse processo em cascata, a fragmentação do congelamento da garoa pode aumentar as concentrações departículas de gelo nas nuvens de 10 a 100 vezes - e até1.000 de vez em quando!

"Nossas descobertas podem fornecer o elo que faltava para a incompatibilidade entre a escassez departículas prima¡rias de nucleação de gelo e a queda de neve dessas nuvens ligeiramente super-resfriadas."

Os novos resultados dobradia§a mediante seis anos de dados recolhidos por um apontando para cima mila­metros de comprimento de onda do radar de Doppler no DOE facilidade utilizador atmosfanãrica Radiation Measurement (ARM) 's North Slope do Alasca observata³rio atmosfanãrico em Utqiagvik (anteriormente Barrow), Alasca. Os dados do radar são complementados por medições de temperatura, umidade e outras condições atmosfanãricas coletadas por balaµes meteorola³gicos lana§ados de Utqiagvik durante o período de estudo.

O cientista atmosfanãrico do Brookhaven Lab e co-autor do estudo Pavlos Kollias, que também éprofessor na divisão de ciências atmosfanãricas da Stony Brook University, foi crucial para a coleta desses dados de radar de comprimento de onda milimanãtrica de uma forma que possibilitou aos cientistas deduzir como o gelo secunda¡rio foi formado.

"A ARM foi pioneira no uso de radares de nuvem de comprimento de onda curto desde a década de 1990 para entender melhor os processos microfa­sicos das nuvens e como eles afetam o clima na Terra hoje. Nossa equipe liderou a otimização de sua estratanãgia de amostragem de dados para informações sobre os processos de nuvem e precipitação, como o um apresentado neste estudo pode ser obtido ", disse Kollias.

O comprimento de onda em escala milimanãtrica do radar o torna especialmentesensívelao tamanho daspartículas de gelo e das gota­culas de águanas nuvens. Sua polarização dupla fornece informações sobre a forma daspartículas, permitindo aos cientistas identificar cristais de gelo semelhantes a agulhas - a forma preferencial daspartículas secunda¡rias de gelo em condições de nuvem ligeiramente super-resfriadas. As observações de espectros Doppler registradas a cada poucos segundos fornecem informações sobre quantaspartículas estãopresentes e com que rapidez elas caem em direção ao solo. Esta informação écra­tica para descobrir onde existem rimas, garoa epartículas secunda¡rias de gelo.

Usando sofisticadas técnicas de análise automatizada desenvolvidas por Luke, Yang e Kollias, os cientistas escanearam milhões desses espectros de radar Doppler para classificar aspartículas em baldes de dados por tamanho e forma - e combinaram os dados com observações contempora¢neas de balaµes meteorola³gicos na presença de águada nuvem super-resfriada, temperatura e outras varia¡veis. A mineração de dados detalhada permitiu que eles comparassem o número de agulhas de gelo secunda¡rias geradas em diferentes condições: na presença de apenas ananãis, ananãis mais gotas de garoa ou apenas garoa.

"O grande volume de observações nos permite, pela primeira vez, retirar o sinal de gelo secunda¡rio do 'rua­do de fundo' de todos os outros processos atmosfanãricos ocorrendo - e quantificar como e sob quais circunsta¢ncias eventos de gelo secunda¡rios acontecem", disse Luke.

Os resultados foram claros: as condições com gotas de garoa super-resfriadas produziram eventos drama¡ticos de multiplicação de gelo, muito mais do que rimadores.

Esses dados do mundo real da£o aos cientistas a capacidade de quantificar o "fator de multiplicação do gelo" para várias condições de nuvem, o que aumentara¡ a precisão dos modelos clima¡ticos e das previsaµes meteorola³gicas .

"Os modelos de previsão do tempo não conseguem lidar com toda a complexidade dos processos microfa­sicos da nuvem. Precisamos economizar nos ca¡lculos, caso contra¡rio, vocênunca obteria uma previsão", disse Andrew Vogelmann, outro coautor do estudo. "Para fazer isso, vocêprecisa descobrir quais aspectos da física são mais importantes e, em seguida, contabilizar essa física da forma mais precisa e simples possí­vel no modelo. Este estudo deixa claro que saber sobre garoa nessas nuvens de fases mistas éessencial."

Além de ajuda¡-lo a planejar quanto tempo extra vocêprecisara¡ para limpar a entrada de sua garagem e comea§ar a trabalhar, uma compreensão mais clara do que leva a  formação secunda¡ria de gelo pode ajudar os cientistas a prever melhor a quantidade de neve que se acumulara¡ nas bacias hidrogra¡ficas para fornecer águapota¡vel ao longo do ano. Os novos dados também ajudara£o a melhorar nosso entendimento de por quanto tempo as nuvens permanecera£o, o que tem consequaªncias importantes para o clima.

"Maispartículas de gelo geradas pela produção secunda¡ria de gelo tera£o um grande impacto na precipitação, radiação solar (quanto as nuvens de luz solar refletem de volta para o Espaço), no ciclo da águae na evolução das nuvens de fase mista", disse Yang.

O tempo de vida das nuvens éparticularmente importante para o clima do artico, observaram Luke e Vogelmann, e o clima do artico émuito importante para o equila­brio geral de energia na Terra.

" Nuvens de fase mista , que contem águala­quida super-resfriada epartículas de gelo, podem durar semanas a fio no artico", disse Vogelmann. "Mas se vocêtiver um monte departículas de gelo, a nuvem pode ser eliminada depois de crescer e cair no solo como neve. Então, vocêtera¡ a luz do sol capaz de ir direto para comea§ar a aquecer o solo ou asuperfÍcie do oceano. "

Isso poderia mudar a sazonalidade da neve e do gelo no solo, causando derretimento e, em seguida, ainda menos reflexo da luz do sol e mais aquecimento.

"Se pudermos prever em um modelo clima¡tico que algo vai mudar o equila­brio da formação de gelo, garoa e outros fatores, então teremos uma melhor capacidade de antecipar o que esperar no futuro tempo e clima, e possivelmente ser melhor preparado para esses impactos ", disse Luke.