飞机的挡风玻璃变成了一片纯灰色，由于美国国家航空航天局（NASA）的P-3飞机在15000英尺的高空穿梭于暴风雪中，能见度几乎为零。固定在机翼上的探测器测量了云层中冰粒的大小，红外温度计记录了温度，摄像头拍摄了数千张冰晶的照片。随着数据的涌入，机舱内十几位科学家记录了这些信息。在八英里高的上空，一位飞行员驾驶另一架飞机飞越同一朵云的顶部。那里的空气非常稀薄，他穿着太空服。
这项为期八小时的任务是美国国家航空航天局（NASA）一项名为“大西洋沿岸威胁性暴风雪的微观物理学和降水调查”（IMPACTS）项目的三年任务中的一项。该项目涉及300多名大气科学家、气象学家和机组人员。他们于2023年2月完成的飞行任务所获得的数据，正在填补科学家们在暴风雪物理学知识方面的空白，例如冰晶在云层中的哪个位置形成，以及在什么条件下它们会以降雪的形式落下。这些发现将用于帮助预报员更好地预测降雪地点和积雪量——这是一项艰巨的任务，令气象学家、滑雪爱好者和盼望下雪天停课的学生们都感到懊恼。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校最近退休的大气科学家罗伯特·M·劳伯说：“我们真的在努力了解所有这些不同的过程是如何共同作用，从而产生造成混乱的暴风雪的。”他是该项目的首席研究员之一。
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当来自极地的冷空气与来自热带的温暖潮湿空气相遇时，会产生冰晶，这些冰晶最终可能会变得足够重，以降雪花的形式落下。但是，预测暴风雪将袭击哪里以及会留下多少积雪是一项出了名的具有挑战性的任务。这是因为从冰晶到阵雪的旅程非常复杂且曲折。
晶体通常在云层顶部附近形成，然后缓慢向下漂移。但是，如果云层中有任何附近的上升气流，晶体可能会被再次向上卷起，在那里它们可以与其他冰晶结合，变成下落速度更快的雪花。然后，这些雪花组织成带状，通常在天气预报中以彩色条带的形式描绘出来，显示最强降雪可能发生的区域。但是，控制这些带状结构如何形成的因素在很大程度上仍然未知。而且，任何到达地面的雪都可能融化，这取决于地面的温暖程度。
云层通常由许多水平的、蛋糕状的层组成，每一层都具有不同的属性。20世纪70年代和80年代的暴风雪预报员观察模式，并使用从少数几层云层中提取信息的模型；如今，更好的仪器和计算机建模使气象学家能够检查多达八倍的云层。但是在进行预测时，数据总是越多越好，预报员主要依靠过去研究项目的观测结果来解释卫星观测结果并为其模型提供信息。
犹他大学的大气科学家吉姆·斯廷伯格说：“在过去的几十年里，我们的预报有了稳步的提高，但是我们需要更多关于暴风雪内部发生的细枝末节的信息。”他没有参与IMPACTS项目。
2009年，劳伯的团队开始通过一个名为“冬季风暴剖面分析”（PLOWS）的项目，更密切地关注暴风雪的内部情况。科学家们利用地面和飞机上的先进雷达技术，收集了关于中西部暴风雪微观物理特性的惊人详细数据。数据显示了劳伯所说的“雪羽流”：云层中由对流驱动的风向上吹的区域，即使冰晶向下落。“那时我们说，‘天哪，这里面发生了很多事情，’”他说。这些下一代机载雷达系统“改变了我们对这些风暴的整体看法”。
十年后，劳伯和合作者开始进行IMPACTS飞行，以研究美国大西洋沿岸的暴风雪，这些暴风雪由潮湿的海洋空气推动。该团队使用了更先进的雷达和激光雷达设备，以帮助揭示云层中过冷水和冰晶的存在和比例，使用一种称为反射率的测量方法。这使他们能够研究该比例如何随温度等变量而变化。短波长和中波长雷达还可以高分辨率地观察微小粒子以及云层的整体结构。通过同时飞行两架飞机——这是同类项目中的首例——研究人员跟踪了冰晶如何在风暴系统中及其顶部形成。
该项目35次飞行任务获得的数据揭示了雪花变得足够重以降落的微观物理过程：聚集和镶边。在聚集过程中，冰晶结合并生长成雪花；在镶边过程中，冰晶在下落时会吸收过冷水滴。IMPACTS项目提供了一些关于云层中镶边产生的雪花的最广泛的观测数据。
IMPACTS首席研究员林恩·麦克默迪说：“我们正试图利用雷达反射率信息来弄清楚，在降雪量大的区域，这两种过程中的一种还是两种都存在。是聚集吗？是镶边吗？那里到底发生了什么？”她是在华盛顿大学工作的大气科学家。
通过更好地了解冰晶是如何变得足够重而从云层中落下的，科学家们现在正在使用IMPACTS数据来更好地了解雪带中发生的事情，特别是导致最强降雪的雪带是如何形成的。未来的分析可能会侧重于雪云的结构如何随时间变化并影响风暴强度。尽管最近的测量侧重于美国大西洋沿岸，但导致破坏性暴风雪的因素很可能也适用于其他地方。
在未来的项目中，无人机等飞行速度较慢的飞行器可以同时从不同的云层捕获更详细的信息，从而揭示更多关于冰晶如何形成和变化的信息。但是，石溪大学大气科学家布赖恩·科尔说，就目前而言，仅仅识别出潜伏的风暴中正在起作用的物理过程，就可以帮助预报员做出更好的预测。科尔也参与了IMPACTS项目。“仅仅能够说这个区域将因为雪带活动而获得增强的降雪量，这与我们过去的情况相比，已经向前迈进了一步。”