Crystal structure of ice accretions

Summary The crystal size in accretions grown in an icing wind tunnel at ambient temperatures −18≥T _a ≥−27°C and different substrate temperatureT _s <0°C is studied. For constantT _s the mean area of crystal sections shows an approximately exponential dependence onT _a which may be written as , where ΔT≃−T _a represents the droplet supercooling. On the other hand, for fixedT _a , the crystal size is observed to decrease markedly withT _s . By considering previous results on the orientation of crystals forming the accretions, it is shown that the value of the mean angle formed by the crystalc-axis with the growth direction depends as well both onT _a andT _s . The exponential dependence of andT _a and the observed correspondence between the behaviour of and are correlated with a nucleation mechanism, accompanied by a process of orientation selection, which would be responsible of both the crystal size and the orientation. The application of the crystal structure analysis to the determination of the growth conditions of hailstones is discussed.

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Riassunto Si studia la dimensione di un cristallo in accrezioni cresciute in una galleria a vento congelante a temperature ambienti −18≥T _a ≥−27 °C e diversa temperatura di substratoT _s <0 °C. PerT _s costante, l’area media delle sezioni di cristallo mostra una dipendenza daT _a approssimativamente esponenziale che potrebbe essere scritta così: , dove ΔT≃−T _a rappresenta il superraffreddamento della gocciolina. D’altra parte, perT _a fisso, si osserva che la dimensione del cristallo decresce marcatamente conT _s . Considerando precedenti risultati sull’orientamento dei cristalli che formano le accrezioni, si mostra che anche il valore dell’angolo medio formato dall’assec del cristallo con la direzione di accrescimento dipende sia daT _a che daT _s . La dipendenza esponenziale di daT _a e la corrispondenza osservata tra il comportamento di e di sono collegate con il meccanismo di nucleazione, accompagnato da un processo di selezione dell’orientamento, che dovrebbe essere responsabile sia della dimensione che dell’orientamento del cristallo. Si discute l’applicazione dell’analisi della struttura del cristallo alla determinzione delle condizioni di accrescimento dei chicchi di grandine.

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To speed up publication, the authors of this paper has agreed to not receive the proofs for correction.

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Comisión Nacional de Energía Atómica and Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas.