Microfísica do Gelo e de Fase Mista

Como os cristais de gelo se formam e crescem, e como o gelo e a água líquida super-resfriada interagem para produzir precipitação em nuvens frias.

Definition

A microfísica do gelo e de fase mista é o estudo da nucleação, crescimento e interação de partículas de gelo, e sua coexistência com água líquida super-resfriada, em nuvens mais frias que o ponto de congelamento.

Scope

Abrange os modos de nucleação do gelo, o crescimento de cristais de gelo por deposição de vapor e a variedade de hábitos cristalinos, o processo de Wegener-Bergeron-Findeisen pelo qual o gelo cresce à custa de gotículas super-resfriadas, a formação de granizo e saraiva por acreção, a agregação em flocos de neve e a produção secundária de gelo.

Core questions

• Como o gelo nucleia nas nuvens e por que a água super-resfriada persiste?
• Por que os cristais de gelo crescem rapidamente quando há gotículas super-resfriadas presentes?
• Como a acreção e a agregação formam granizo, saraiva e flocos de neve?

Key theories

Processo de Wegener-Bergeron-Findeisen

Como a pressão de vapor de saturação sobre o gelo é menor do que sobre a água super-resfriada, os cristais de gelo crescem por deposição de vapor enquanto as gotículas próximas evaporam, produzindo eficientemente gelo do tamanho de precipitação.

Mechanisms

A água das nuvens pode permanecer líquida bem abaixo do ponto de congelamento porque a nucleação do gelo requer núcleos de gelo ou, em temperaturas muito baixas, congelamento homogêneo. Uma vez que o gelo se forma, a menor pressão de vapor de saturação sobre o gelo do que sobre a água super-resfriada impulsiona a transferência líquida de vapor das gotículas para os cristais, o processo de Wegener-Bergeron-Findeisen. Os cristais adotam hábitos definidos pela temperatura e supersaturação, crescem ainda mais colidindo e congelando gotículas super-resfriadas (acreção) para formar granizo e saraiva, e se agregam em flocos de neve que caem e podem derreter em chuva.

Clinical relevance

Os processos de gelo dominam a precipitação em latitudes médias e influenciam fortemente a vida útil das nuvens e as propriedades radiativas, tornando a microfísica de fase mista uma incerteza chave nos modelos climáticos e meteorológicos.

History

Wegener notou a instabilidade da coexistência de gelo e água, e Bergeron e Findeisen a desenvolveram na década de 1930 na teoria do cristal de gelo da precipitação, por muito tempo a explicação predominante para a chuva em latitudes médias.

Key figures

• Tor Bergeron
• Walter Findeisen
• Alfred Wegener

Seminal works

• pruppacher1997
• lamb2011

Frequently asked questions

O que é água super-resfriada?

Água super-resfriada é água líquida que permanece não congelada abaixo de 0 graus Celsius porque não possui núcleos de gelo eficazes; é comum em nuvens e central para a precipitação de fase mista.