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它以一種柔和、幾乎令人舒緩的嘶嘶聲開始，但這不是令人安慰的聲音。嘶嘶聲——風和雪粒沿著地面滑動的聲音——是一場強大的噪音、旋風般的雪花和危險交織的交響樂的前奏。這場雪的交響樂會產生白茫茫一片（圖1）和交通堵塞。當你的工作是研究雪時，暴風雪既是一件令人著迷的事件，也是一種職業危害。
讓我們從基本概念開始：暴風雪有兩種型別：1）風和新降雪相結合的結果，以及 2）風捲起地面上已有的積雪的結果（地面暴風雪）。從旋渦狀的內部來看，這兩種型別看起來相同，但第二種型別需要更強的風才能開始，因為地面上的雪通常會結合在一起，風必須先打破這些結合，雪粒才能開始移動。經驗法則是，地面風速需要達到約 6 米/秒-1 才會發生這種情況。奇怪的是，一旦第二種型別開始，它只需要更小的風力才能維持，因為表面比新雪降落時更光滑。
將暴風雪與單純的風暴區分開來的是漂移的雪。有三種機制可以移動雪：蠕動、躍移和懸浮。隨著風速和強度的增加，這些機制依次增加了暴風雪的喧囂。蠕動只是滾動和滑動的另一種說法，在冰凍的湖面上或堅硬的積雪上（圖 2）可以最好地看到它的作用。風開始使細長的雪粒觸鬚運動起來。它們像飄渺的蛇一樣順風滑行，雪粒沿著光滑的表面滑動。
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更多時候，表面略微粗糙，很快一些雪粒會撞到凸起處並彈到空中。在靠近地面的地方，風速遵循對數曲線。在 1 釐米的高度，風速可能為 3 米/秒-1，但在 10 釐米的高度，風速為 6 米/秒-1。風移動雪粒的能力至少呈三次冪定律，因此風速的增加會將風的攜帶能力放大 8 倍或更多。現在，那些彈出 10 釐米的雪粒處在更強的風中，所以它們真的會飛起來！此外，當這些雪粒下降時（因為重力將它們拉回地面），它們會撞擊其他雪粒，將它們向上彈射，從而增加飛行質量，並在級聯反應中使雪粒的通量增加數倍。整個過程稱為躍移，據認為它是暴風雪期間移動最多雪的機制（風速小於 15 米/秒-1時），儘管它不是使暴風雪最危險的機制。
單獨的躍移雪粒遵循美麗的拋物線軌跡，在雪面上方上升 5 到 15 釐米。這些軌跡令科學家著迷了 80 多年。特別是級聯碰撞過程一直是密切關注的主題，因為它不僅可以維持，而且還可以隨著時間的推移和順風距離的增加而增加雪粒的通量。日本的 Kobayashi Daiji 是第一個成功拍攝這些美麗軌跡的人（圖 3a 和 3b）。就我個人而言，我在 1988 年在阿拉斯加的蘭格爾山脈進行冬季攀登旅行時，偶然瞭解到了一種觀察躍移的新方法。一場大風暴來襲，將我們困在山脊背風側的雪洞裡 6 天。這個洞在冰隙的下坡側，所以當我從冰隙中冒出來檢查天氣時（經常），我的頭就在雪面上，在那裡我被躍移的雪粒擊打。當我能睜開眼睛時，我能看到碰撞、彈跳、隨後雪粒的噴射以及美妙的拋物線軌跡，所有這些都近在咫尺。直到我的眼瞼凍住。
奇怪的是，我們對躍移的雪粒的許多瞭解來自北非的沙漠。英國士兵、探險家和科學家拉爾夫·阿爾傑·巴格諾爾德准將（1896-1990）（圖 4）在在埃及服役期間，對沙漠產生了濃厚的興趣。在 20 世紀 20 年代和 30 年代，他使用 T 型福特汽車在一系列大膽的探險中探索了利比亞沙漠。這種興趣促使巴格諾爾德在 20 世紀 30 年代末進行了一系列經典的 風洞實驗，並於 1941 年出版了《吹沙和沙漠沙丘的物理學》。他開創的旅行方法至今仍用於考察隊和前往利比亞旅遊的遊客，幾乎所有關於吹雪和吹沙的現代研究都可以追溯到他的工作。
巴格諾爾德是第一個認識到允許吹雪和吹沙產生令人眼花繚亂的各種特徵的基本（且令人驚訝的）物理原理的人。這些特徵從波紋到新月形沙丘再到沙丘和雪簷（圖 5）不等。物理原理如下：對於沙子和雪，都需要一個閾值表面摩擦速度才能使顆粒開始移動。研究人員通常將此稱為 u*臨界。將其視為空氣需要移動才能能夠將顆粒拔出的速度。
顯然，這個臨界速度與顆粒的大小和重量以及風速有關。但表面摩擦速度也是表面粗糙度的反比函式。隨著表面粗糙度增加，摩擦速度下降。氣流中的躍移雪粒使有效表面粗糙度增加……很多。它們剝奪了風的動量，因此風速必須下降（圖 6）。
這種機制的實際含義是，風剛增加到足以使雪粒開始躍移時，風就被那些雪粒減慢了。這使得風速降至閾值以下，而且任何被捲入風中的雪粒現在都會落下並沉積，而不是被侵蝕。一旦發生這種情況，風速就會恢復（因為由躍移引起的表面粗糙度增加已被消除），並且它會再次開始侵蝕。從某種意義上說，躍移過程在其內部構建了一個固有的脈衝，侵蝕和沉積在順風方向交替進行，尺度取決於風是上升、下降還是保持穩定，以及有多少雪可供夾帶。
在暴風雪中移動雪的最後一種機制是懸浮（圖 7a、7b 和 7c）。在蠕動和躍移過程中，雪粒會碰撞並破裂，產生更小的顆粒碎片，這些碎片也會被風抬起。然而，這些顆粒的沉降速度遠低於躍移雪粒，因此它們不會下降回雪面，而是可以被抬升到越來越高的空中。它們統稱為懸浮載荷，它們是造成暴風雪能見度差的原因。我經常發現自己身處暴風雪中，水平看時，我幾乎看不見 10 米外的同伴，但向上看時，我可以看到陽光。
可悲的是，我還知道有幾起飛機在暴風雪中試圖降落時發生致命事故，當時懸浮載荷使他們無法看到地面。懸浮載荷不斷地從暴風雪中沉降出來，同時又被重新補充。在建築物、切岸或雪柵欄的背風處，很容易觀察到懸浮的顆粒。在那裡，當人們免受風的侵襲時（謝天謝地），小雪粒的穩定雨水從天而降並覆蓋了一切（圖 7c）。由於它們尺寸很小（且尖銳），這些顆粒往往非常粘人。很快，一切都被這種麵粉狀的雪覆蓋了，這種雪的名字叫飛雪。
我們和其他人正在進行的研究的重點是確定“暴風雪可以移動多少雪？”這個問題的答案會影響我們如何設計建築群，以及我們對暴風雪地區除雪成本的估計。共識是，這個量隨著風速的增加而增加到三次方甚至四次方。換句話說，如果雪開始以 6 米/秒-1 的速度移動，到它達到 18 米/秒-1 的速度時，通量將增加 30 倍。將這些數字轉化為更具體的術語，一場風速超過 10 米/秒-1 且有充足雪量的 24 小時暴風雪可以移動每米線性垂直於風的 20 立方米的雪。
我在阿拉斯加巴羅附近工作的地方，每個冬天都會發生大約六次這樣的暴風雪，在整個季節中會移動大約 130 立方米/米-1 的雪。我們透過測量大量雪柵欄背風處捕獲了多少雪來檢查這個理論值（圖 8），它們非常吻合。那個特別的柵欄保護著 Cakeater Road 上的一個住宅小區。如果沒有這個超過 2 公里長的柵欄，1700 萬公斤的雪可能會最終落在房屋之間，並且必須使用前端裝載機、犁和鏟子將其挖出。
與暴風雪後清理相關的成本估計很難做出，並且可能非常不準確，但幾乎肯定每年在美國會超過數億美元。同樣，除了被困在汽車裡的人或因吹雪導致的能見度低而造成的撞車事故外，暴風雪造成的實際傷亡人數也很難確定。儘管如此，幾個簡單的結合雪和風的物理過程對我們的生活產生了深遠的影響。