Снег

Снег
Норвежский поезд расчищает сугроб
Физические свойства
Плотность (р)	0,1–0,8 г/см 3
Механические свойства
Прочность на растяжение (σ т )	1,5–3,5 кПа [1]
Прочность на сжатие (σ c )	3–7 МПа [1]
Тепловые свойства
Температура плавления ( Т м )	0 °С
Теплопроводность (k) Для плотности от 0,1 до 0,5 г/см 3	0,05–0,7 Вт/(К·м)
Электрические свойства
Диэлектрическая проницаемость (ε r ) Для плотности сухого снега от 0,1 до 0,9 г/см 3	1–3,2
Физические свойства снега значительно различаются от события к событию, от образца к образцу и с течением времени.

Часть серии о
Погода
Умеренный и полярный сезоны Зима Весна Лето Осень
Тропические сезоны Сухой сезон Харматан Влажный сезон
Бури Облако Кучево-дождевое облако Облако Аркус Нисходящий порыв Микровзрыв Тепловой взрыв Дерехо Молния Вулканическая молния Гроза Воздушная гроза Грозовой снег Сухая гроза мезоциклон Суперселл Торнадо Антициклонический торнадо Смерч Водяной смерч Пыльный дьявол Огненный вихрь Антициклон Циклон Полярный минимум Полярный максимум Внетропический циклон Европейская буря Нор'Истер Субтропический циклон Тропический циклон Атлантический ураган Тайфун Штормовая волна Наводнение Песчаная буря Самум Хабуб Муссон Амихан Гейл Сирокко Огненный шторм Зимняя буря Снежная буря Метель Наземная метель Снежный шквал
Атмосферные осадки Морось Замораживание Граупель Град Мегакриометеор Ледяная крупа Бриллиантовая пыль Дождь Душ (осадки) Замораживание Облачный взрыв Снег Дождь и снег вперемешку Снежные зерна Снежный каток Слякоть
Темы Загрязнение воздуха Атмосфера Химия Конвекция Физика Река Климат Облако Физика Туман Сезон туманов Холодная волна Тепловая волна Струйный поток метеорология Суровая погода Список Экстрим Терминология суровой погоды Канада Япония Соединенные Штаты Прогноз погоды Модификация погоды
Глоссарии метеорология Изменение климата термины торнадо Термины тропических циклонов
Погодный портал
в т е

Снег состоит из отдельных кристаллов льда , которые растут во взвешенном состоянии в атмосфере, обычно в облаках, а затем падают, скапливаясь на земле, где претерпевают дальнейшие изменения. ^[2] Он состоит из замороженной кристаллической воды на протяжении всего своего жизненного цикла, начиная с того момента, когда в подходящих условиях кристаллы льда образуются в атмосфере, увеличиваются до миллиметрового размера, выпадают в осадок и накапливаются на поверхностях, затем метаморфизуются на месте и, в конечном итоге, тают, скользят. или сублимировать подальше.

Метели организуются и развиваются, питаясь источниками атмосферной влаги и холодного воздуха. Снежинки зарождаются вокруг частиц в атмосфере, притягивая переохлажденные капли воды, которые замерзают в кристаллах шестиугольной формы. Снежинки принимают различные формы, основными из которых являются пластинки, иголки, столбики и изморозь . Когда снег скапливается в снежный покров , он может сдуваться в сугробы. С течением времени накопленный снег подвергается метаморфозам путем спекания , сублимации и замораживания-оттаивания . Там, где климат достаточно холодный для ежегодного накопления, ледникможет образоваться. В противном случае снег обычно тает сезонно, вызывая сток в ручьи и реки и перезаряжая грунтовые воды .

Основные заснеженные районы включают полярные регионы , самую северную половину Северного полушария и горные регионы по всему миру с достаточной влажностью и низкими температурами. В Южном полушарии снег приурочен в основном к горным районам, за исключением Антарктиды . ^[3]

Снег влияет на такие виды человеческой деятельности, как транспорт : возникает необходимость содержать в чистоте проезжие части, крылья и окна; сельское хозяйство : обеспечение водой сельскохозяйственных культур и защита домашнего скота; такие виды спорта , как катание на лыжах , сноуборде и снегоходах ; и война . Снег также влияет на экосистемы , создавая зимой изолирующий слой, под которым растения и животные могут пережить холод. ^[1]

Атмосферные осадки

Снег образуется в облаках, которые сами являются частью более крупной погодной системы. Физика развития снежных кристаллов в облаках является результатом сложного набора переменных, включающих содержание влаги и температуру. Полученные формы падающих и упавших кристаллов можно разделить на ряд основных форм и их комбинаций. Иногда некоторые пластинчатые, дендритные и звездообразные снежинки могут образовываться при ясном небе при наличии очень холодной температурной инверсии. ^[4]

Формирование облака

Снежные облака обычно возникают в контексте более крупных погодных систем, наиболее важной из которых является область низкого давления, которая обычно включает в себя теплые и холодные фронты как часть своей циркуляции. Двумя дополнительными и локально продуктивными источниками снега являются штормы с эффектом озера (также с эффектом моря) и эффекты высоты, особенно в горах.

Области низкого давления

Циклоны в средних широтах — это области с низким давлением , способные вызывать все, от облачности и умеренных снежных бурь до сильных метелей . ^[5] Осенью , зимой и весной атмосфера над континентами может быть достаточно холодной из глубины тропосферы , чтобы вызвать снегопад. В Северном полушарии больше всего снега выпадает на северной стороне области низкого давления. ^[6] Для южных средних широт сторона циклона, которая производит больше всего снега, является южной стороной.

Фронты

Холодный фронт , передний край более прохладной массы воздуха, может вызывать фронтальные снежные шквалы — интенсивную фронтальную конвективную линию (похожую на полосу дождя ), когда температура на поверхности близка к нулю. Развивающаяся сильная конвекция имеет достаточно влаги, чтобы вызвать белые пятна в местах, над которыми проходит линия, поскольку ветер вызывает сильную метель. ^[7] Этот тип снежного шквала обычно длится менее 30 минут в любой точке его пути, но движение линии может охватывать большие расстояния. Фронтальные шквалы могут образовываться на небольшом расстоянии перед поверхностным холодным фронтом или позади холодного фронта, где может быть углубляющаяся система низкого давления или серияжелоба , которые действуют аналогично традиционному холодному фронтальному проходу. В ситуациях, когда шквалы развиваются позади фронта, нет ничего необычного в том, что две или три линейные полосы шквала проходят в быстрой последовательности, разделенные всего 25 милями (40 километрами), при этом каждая проходит одну и ту же точку с интервалом примерно в 30 минут. В тех случаях, когда наблюдается большой вертикальный рост и перемешивание, шквал может образовывать встроенные кучево-дождевые облака, что приводит к молнии и грому, которые называют грозовым снегом .

Теплый фронт может на какое-то время образовывать снег, поскольку теплый влажный воздух вытесняет воздух ниже нуля и создает осадки на границе. Часто снег сменяется дождем в теплом секторе за фронтом. ^[7]

Эффекты озера и океана

Снег с эффектом озера образуется в более прохладных атмосферных условиях, когда холодная воздушная масса движется по протяженным пространствам более теплой озерной воды, нагревая нижний слой воздуха, который собирает водяной пар из озера, поднимается вверх через более холодный воздух над ним, замерзает и откладывается на подветренных (подветренных) берегах. ^{[8] [9]}

Тот же эффект, возникающий над водоемами с соленой водой, называется снегом с эффектом океана или эффектом залива . Эффект усиливается, когда движущаяся воздушная масса поднимается вверх из-за орографического влияния возвышенностей на подветренных берегах. Это поднятие может вызвать узкие, но очень интенсивные полосы осадков, которые могут оседать со скоростью много дюймов снега каждый час, что часто приводит к большому количеству общего количества снегопадов. ^[10]

Районы, пораженные озерным снегом, называются снежными поясами . К ним относятся районы к востоку от Великих озер , западное побережье северной Японии, полуостров Камчатка в России и районы вблизи Большого Соленого озера , Черного моря , Каспийского моря , Балтийского моря и части северной части Атлантического океана. ^[11]

Горные эффекты

Орографический или рельефный снегопад образуется, когда влажный воздух вытесняется вверх по наветренной стороне горных хребтов крупномасштабным ветровым потоком. Подъем влажного воздуха вверх по склону горного хребта приводит к адиабатическому охлаждению и, в конечном счете, к конденсации и осадкам. В результате этого процесса из воздуха постепенно удаляется влага, оставляя более сухой и теплый воздух на нисходящей или подветренной стороне. ^[12] В результате усиливается снегопад, ^[13] наряду со снижением температуры с высотой, ^[14]в сочетании с увеличением толщины снежного покрова и сезонной устойчивостью снежного покрова в заснеженных районах. ^{[1] [15]}

Также было обнаружено, что горные волны помогают увеличить количество осадков с подветренной стороны от горных хребтов, увеличивая подъемную силу, необходимую для конденсации и осадков. ^[16]

Облачная физика

Снежинка состоит примерно из 10 ¹⁹ молекул воды , которые добавляются к ее ядру с разной скоростью и по разным схемам в зависимости от изменения температуры и влажности в атмосфере, через которую падает снежинка на пути к земле. В результате снежинки отличаются друг от друга, хотя и следуют схожим узорам. ^{[17] [18] [19]}

Кристаллы снега образуются при замерзании крошечных переохлажденных облачных капелек (около 10  мкм в диаметре) . Эти капли могут оставаться жидкими при температурах ниже -18 ° C (0 ° F), потому что для замерзания несколько молекул в капле должны случайно собраться вместе, чтобы сформировать расположение, подобное тому, что в ледяной решетке. Капля застывает вокруг этого «ядра». В более теплых облаках аэрозольная частица или «ядро льда» должна присутствовать в капле (или контактировать с ней), чтобы действовать как ядро. Ядра льда встречаются очень редко по сравнению с ядрами конденсации облаков, на которых образуются капли жидкости. Глины, пустынная пыль и биологические частицы могут быть ядрами. ^[20] Искусственные ядра включают частицы иодида серебра исухой лед , и они используются для стимулирования выпадения осадков при засеве облаков . ^[21]

После того, как капля замерзла, она растет в перенасыщенной среде, где воздух насыщен по отношению ко льду, когда температура ниже точки замерзания. Затем капля растет за счет диффузии молекул воды в воздухе (пара) на поверхность кристаллов льда, где они собираются. Поскольку капель воды намного больше, чем кристаллов льда, кристаллы могут расти до сотен микрометров или миллиметров в размере за счет капель воды в процессе Вегенера-Бержерона-Финдейзена . Эти крупные кристаллы являются эффективным источником осадков, поскольку они падают через атмосферу из-за своей массы и могут сталкиваться и слипаться в кластеры или агрегаты. Эти агрегаты представляют собой снежинки и обычно представляют собой частицы льда, которые падают на землю.^[22] Несмотря на то, что лед прозрачен, рассеяние света гранями кристаллов и пустотами/несовершенствами означает, что кристаллы часто кажутся белыми по цвету из-за диффузного отражения всего спектра света мелкими частицами льда. ^[23]

Классификация снежинок.

Микрофотографии тысяч снежинок, начиная с 1885 года, начиная с Уилсона Алвина Бентли , выявили большое разнообразие снежинок в рамках поддающегося классификации набора узоров. ^[25] Наблюдались точно соответствующие снежные кристаллы. ^[26]

Укитиро Накая разработал диаграмму морфологии кристаллов, связывающую форму кристаллов с температурой и влажностью, при которых они образовались, которая обобщена в следующей таблице. ^[1]

Накая обнаружил, что форма также зависит от того, находится ли преобладающая влажность выше или ниже насыщения. Формы ниже линии насыщения имеют тенденцию быть более твердыми и компактными, в то время как кристаллы, образованные в перенасыщенном воздухе, имеют тенденцию быть более кружевными, нежными и богато украшенными. Также образуются многие более сложные модели роста, которые включают боковые плоскости, пулевидные розетки и плоские типы, в зависимости от условий и ядер льда. ^{[27] [28] [29]} Если кристалл начал формироваться в режиме столбчатого роста при температуре около −5 °C (23 °F), а затем перешел в более теплый пластинчатый режим, в конце прорастают пластинчатые или дендритные кристаллы. колонны, производя так называемые «колпачковые колонны». ^[22]

Магоно и Ли разработали классификацию свежеобразованных снежных кристаллов, включающую 80 различных форм. Они задокументировали каждое с помощью микрофотографий. ^[30]

Накопление

Снег накапливается в результате ряда снежных явлений, перемежающихся периодами замерзания и оттаивания, в районах, которые достаточно холодны, чтобы удерживать снег сезонно или постоянно. Основные заснеженные районы включают Арктику и Антарктику , Северное полушарие и альпийские регионы. Жидкий эквивалент снегопада можно оценить с помощью снегомера ^[31] или стандартного дождемера , приспособленного для зимы путем удаления воронки и внутреннего цилиндра. ^[32] Датчики обоих типов растапливают накопленный снег и сообщают о количестве собранной воды. ^[33] На некоторых автоматических метеостанциях в дополнение к датчику осадков может использоваться ультразвуковой датчик глубины снега.^[34]

События

Снежный шквал , снежный ливень , метель и метель описывают снежные явления с постепенно увеличивающейся продолжительностью и интенсивностью. ^[35] Снежная буря — это погодное явление, связанное со снегом, которое имеет различные определения в разных частях мира. В Соединенных Штатах метель возникает, когда в течение трех часов и более соблюдаются два условия: устойчивый ветер или частые порывы до 35 миль в час (56 км/ч) и достаточное количество снега в воздухе, чтобы уменьшить видимость до менее 0,4 км (0,25 мили). ^[36] В Канаде и Великобритании критерии аналогичны. ^{[37] [38]}Хотя сильный снегопад часто происходит во время метели, выпадение снега не является обязательным требованием, так как метель может вызвать снежную бурю . ^[39]

Интенсивность метели можно классифицировать по видимости и глубине накопления. ^[40] Интенсивность снегопада определяется видимостью следующим образом: ^[41]

• Свет : видимость более 1 км (0,6 мили)
• Умеренный : ограничение видимости от 0,5 до 1 километра (от 0,3 до 0,6 мили).
• Тяжелый : видимость менее 0,5 км (0,3 мили)

Международная классификация сезонного снега на земле определяет «высоту нового снега» как толщину свежевыпавшего снега в сантиметрах, измеренную линейкой, которая накопилась на сноуборде за период наблюдения 24 часа или другой интервал наблюдения. После измерения снег с доски очищают, а доску кладут вровень со снежной поверхностью, чтобы обеспечить точное измерение в конце следующего интервала. ^[4] Таяние, уплотнение, выдувание и дрейф затрудняют измерение снегопада. ^[42]

Распределение

Ледники с их постоянными снежными покровами покрывают около 10% земной поверхности, в то время как сезонный снег покрывает около девяти процентов, ^[1] в основном в Северном полушарии, где сезонный снег покрывает около 40 миллионов квадратных километров (15 × 10 ⁶  квадратных миль), согласно по оценке 1987 г. ^[43] Оценка снежного покрова в Северном полушарии за 2007 г. показала, что в среднем снежный покров колеблется от минимальной площади 2 миллиона квадратных километров (0,77 × 10 ⁶  квадратных миль) каждый август до максимальной протяженности 45 миллионов квадратных километров. (17 × 10 ⁶  квадратных миль) каждый январь или почти половина поверхности земли в этом полушарии. ^{[44] [45]}^^^Исследование площади снежного покрова в Северном полушарии за период 1972–2006 гг. предполагает сокращение на 0,5 миллиона квадратных километров (0,19 × 10 ⁶  квадратных миль) за 35-летний период. ^[45]^

Рекорды

Ниже приведены мировые рекорды по снегопаду и снежинкам:

• Самый высокий сезонный общий снегопад - Мировой рекорд по самому высокому сезонному общему количеству снегопадов был измерен в Соединенных Штатах на горнолыжном курорте Маунт-Бейкер за пределами города Беллингем, штат Вашингтон, в сезоне 1998–1999 годов. На гору Бейкер выпало 2896 см (95,01 фута) снега, ^[46] таким образом превзойдя предыдущего рекордсмена Маунт-Рейнир , штат Вашингтон, на который в сезоне 1971–1972 гг. выпало 2850 см (93,5 фута) снега. ^[47]
• Самый высокий сезонный среднегодовой снегопад . Мировой рекорд самого высокого среднегодового снегопада составляет 1764 см (57,87 фута), ^[48] измеренный в Сукаю-Онсэн , Япония, за период 1981–2010 гг.
• Самая большая снежинка . Согласно Книге рекордов Гиннеса , самая большая снежинка в мире упала в январе 1887 года за пределами современного Майлз-Сити , штат Монтана . Его диаметр составлял 38 см (15 дюймов). ^[49]

Метаморфоза

После отложения снег движется по одному из двух путей, определяющих его судьбу: либо абляция (в основном путем таяния), либо переход из фирна (многолетнего снега) в ледниковый лед . Во время этого перехода снег «представляет собой высокопористый спеченный материал, состоящий из непрерывной ледяной структуры и непрерывно связанного порового пространства, вместе образующих микроструктуру снега». Почти всегда температура таяния снежного покрова постоянно трансформирует эти свойства в процессе, известном как метаморфизм , при котором все три фазы воды могут сосуществовать, включая жидкую воду, частично заполняющую поровое пространство. ^[4]Начав с порошкообразных отложений, снег становится более гранулированным, когда он начинает уплотняться под собственным весом, уносится ветром, спекает частицы вместе и начинает цикл таяния и повторного замерзания. Водяной пар играет определенную роль, поскольку он откладывает кристаллы льда, известные как изморозь , в холодных и неподвижных условиях. ^[50]

Сезонный снежный покров

С течением времени снежный покров может оседать под собственным весом до тех пор, пока его плотность не составит примерно 30 % плотности воды. Увеличение плотности сверх этого начального сжатия происходит в основном за счет плавления и повторного замораживания, вызванного температурами выше точки замерзания или прямым солнечным излучением. В более холодном климате снег лежит на земле всю зиму. К концу весны плотность снега обычно достигает максимум 50% воды. ^[51] Снег, сохраняющийся до лета, превращается в неве , гранулированный снег, который частично растаял, снова замерз и уплотнился. Неве имеет минимальную плотность 500 кг на кубический метр (31 фунт / куб фут), что составляет примерно половину плотности жидкой воды. ^[52]

Фирн

Фирн - это снег, который сохранялся в течение многих лет и перекристаллизовался в вещество более плотное, чем невэ , но менее плотное и твердое, чем ледниковый лед . Фирн напоминает сахарную пудру и очень устойчив к перелопачиванию. Его плотность обычно колеблется от 550 кг на кубический метр (34 фунта / куб футов) до 830 кг на кубический метр (52 фунта / куб футов), и его часто можно найти под снегом, который скапливается у вершины ледника . Минимальная высота, на которой накапливается фирн на леднике, называется фирновой границей , фирновой линией или снеговой линией . ^{[1] [53]}

Движение

Выделяют четыре основных механизма движения отложенного снега: снос неспеченного снега, лавины накопленного снега на крутых склонах, таяние снега в условиях оттепелей и движение ледников после того, как снег сохранялся в течение многих лет и превратился в ледниковый лед.

Дрифтинг

В рыхлом состоянии снег сносится ветром с того места, где он первоначально выпал, ^[54] образуя отложения глубиной в несколько метров в изолированных местах. ^[55] После прикрепления к склонам сдуваемый снег может превратиться в снежную плиту, которая представляет опасность схода лавин на крутых склонах. ^[56]

Лавина

Лавина (также называемая снежной лавиной или снежной лавиной) представляет собой быстрый поток снега вниз по наклонной поверхности. Лавины обычно возникают в стартовой зоне от механического разрушения снежного покрова (лавина из плит), когда силы на снег превышают его силу, но иногда только с постепенным расширением (лавина из рыхлого снега). После возникновения лавины обычно быстро ускоряются и увеличиваются в массе и объеме по мере того, как они уносят с собой больше снега. Если лавина движется достаточно быстро, часть снега может смешаться с воздухом, образуя снежную лавину, которая представляет собой разновидность гравитационного течения . Они происходят по трем основным механизмам: ^[56]

• Лавины из плит возникают в снегу, который отложился или переотложился ветром. Они имеют характерный вид снежной глыбы (плиты), вырезанной трещинами из своего окружения. На их долю приходится большинство смертельных случаев в отдаленных районах.
• Пороховые снежные лавины образуются в результате отложения свежего сухого порошка и образуют порошковое облако, покрывающее плотную лавину. Они могут превышать скорость 300 километров в час (190 миль в час) и массу 10 000 000 тонн (9 800 000 длинных тонн; 11 000 000 коротких тонн); их потоки могут перемещаться на большие расстояния по плоскому дну долин и даже в гору на короткие расстояния.
• Мокрые снежные лавины представляют собой низкоскоростную взвесь снега и воды, поток которой ограничивается поверхностью пути. ^[56] Низкая скорость движения обусловлена ​​трением между скользящей поверхностью пути и водонасыщенным потоком. Несмотря на низкую скорость движения (от 10 до 40 километров в час (от 6 до 25 миль в час)), мокрые снежные лавины способны создавать мощные разрушительные силы из-за большой массы и плотности.

таяние снега

Многие реки, берущие начало в горных или высоких широтах, получают значительную часть своего стока за счет таяния снега. Это часто делает сток реки очень сезонным, что приводит к периодическим наводнениям ^[57] в весенние месяцы и, по крайней мере, в засушливых горных районах, таких как горы к западу от США или большей части Ирана и Афганистана , очень низкий сток в остальное время года. Напротив, если большая часть таяния приходится на ледниковые или почти ледниковые районы, таяние продолжается в течение теплого сезона, а пиковые потоки приходятся на середину и конец лета. ^[58]

Ледники

Ледники образуются там, где накопление снега и льда превышает абляцию. Район, в котором формируется альпийский ледник, называется цирком (корри или cwm), геологической особенностью типичной формы кресла, которая собирает снег и где снежный покров уплотняется под тяжестью последовательных слоев накапливающегося снега, образуя невэ. Дальнейшее дробление отдельных кристаллов снега и уменьшение содержания воздуха в снегу превращает его в ледниковый лед. Этот ледниковый лед будет заполнять цирк до тех пор, пока он не выйдет за пределы геологической слабости или пути отступления, такого как пропасть между двумя горами. Когда масса снега и льда становится достаточно толстой, она начинает двигаться из-за сочетания наклона поверхности, силы тяжести и давления. На более крутых склонах это может произойти при толщине снега и льда всего 15 м (50 футов). ^[1]

Наука

Ученые изучают снег в самых разных масштабах, включая физику химических связей и облаков ; распределение, накопление, метаморфоз и абляция снежных покровов; вклад таяния снега в речную гидравлику и гидрологию грунта . При этом они используют различные инструменты для наблюдения и измерения изучаемых явлений. Их выводы вносят свой вклад в знания, применяемые инженерами , которые адаптируют транспортные средства и конструкции к снегу, агрономами , которые решают вопрос доступности таяния снега для сельского хозяйства .и тех, кто проектирует снаряжение для занятий спортом на снегу. Ученые разрабатывают, а другие используют системы классификации снега, которые описывают его физические свойства в масштабах от отдельных кристаллов до совокупного снежного покрова. Подспециальностью являются лавины , которые в равной степени интересуют инженеров и любителей активного отдыха.

Наука о снеге изучает, как образуется снег, его распределение и процессы, влияющие на изменение снежного покрова с течением времени. Ученые улучшают прогнозирование штормов, изучают глобальный снежный покров и его влияние на климат, ледники и запасы воды по всему миру. Исследование включает физические свойства материала по мере его изменения, объемные свойства снежных покровов на месте и совокупные свойства регионов со снежным покровом. При этом они используют методы наземных физических измерений для установления достоверности данных и методы дистанционного зондирования для понимания процессов, связанных со снегом, на больших территориях. ^[59]

Измерение и классификация

В полевых условиях специалисты по снегу часто выкапывают снежную яму, в которой проводят основные измерения и наблюдения. Наблюдения могут описывать особенности, вызванные ветром, просачиванием воды или сбросом снега с деревьев. Просачивание воды в снежный покров может создавать выступы потока и запруды или потоки вдоль капиллярных барьеров, которые могут повторно замерзать в горизонтальные и вертикальные твердые ледяные образования внутри снежного покрова. Среди измерений свойств снежных покровов, которые Международная классификация сезонного снега на землевключает в себя: высоту снежного покрова, эквивалент воды в снежном покрове, прочность снежного покрова и площадь снежного покрова. Каждый имеет обозначение с кодом и подробным описанием. Классификация расширяет предыдущие классификации Накая и его преемников на родственные типы осадков и цитируется в следующей таблице: ^[4]

Все они образуются в облаке, кроме инея, образующегося на предметах, подвергающихся воздействию переохлажденной влаги.

Он также имеет более обширную классификацию осажденного снега, чем те, которые относятся к переносимому по воздуху снегу. Категории включают как естественные, так и искусственные типы снега, описание снежных кристаллов по мере их превращения и таяния, развитие инея в снежном покрове и образование в нем льда. Каждый такой слой снежного покрова отличается от соседних слоев одной или несколькими характеристиками, описывающими его микроструктуру или плотность, которые вместе определяют тип снега и другие физические свойства. Таким образом, в любой момент необходимо определить тип и состояние снега, образующего слой, поскольку от них зависят его физические и механические свойства. Физические свойства включают микроструктуру, размер и форму зерен, плотность снега, содержание жидкой воды и температуру. ^[4]

Спутниковые данные

Дистанционное зондирование снежных покровов с помощью спутников и других платформ обычно включает многоспектральный сбор изображений. ^[60] Многосторонняя интерпретация полученных данных позволяет делать выводы о том, что наблюдается. Наука, стоящая за этими дистанционными наблюдениями, была подтверждена наземными исследованиями реальных условий. ^{[1] [61]}

Спутниковые наблюдения фиксируют уменьшение заснеженных площадей с 1960-х годов, когда начались спутниковые наблюдения. В некоторых регионах, таких как Китай, с 1978 по 2006 год наблюдалась тенденция к увеличению снежного покрова. Эти изменения связаны с глобальным изменением климата, которое может привести к более раннему таянию и уменьшению площади покрытия. Однако в некоторых районах может наблюдаться увеличение высоты снежного покрова из-за более высоких температур на широтах севернее 40°. Для Северного полушария в целом среднемесячная площадь снежного покрова уменьшается на 1,3% за десятилетие. ^[62]

Наиболее часто используемые методы для картирования и измерения площади снежного покрова, высоты снежного покрова и водного эквивалента снега используют несколько входных данных в видимом и инфракрасном спектре для определения наличия и свойств снега. Национальный центр данных по снегу и льду (NSIDC) использует коэффициент отражения видимого и инфракрасного излучения для расчета нормализованного разностного индекса снега, который представляет собой отношение параметров излучения, позволяющее различать облака и снег. Другие исследователи разработали деревья решений, используя имеющиеся данные для более точных оценок. Одной из проблем этой оценки является то, что снежный покров является пятнистым, например, в периоды накопления или абляции, а также в лесных районах. Облачный покров препятствует оптическому восприятию отражательной способности поверхности, что привело к появлению других методов оценки состояния грунта под облаками. Для гидрологических моделей важно иметь непрерывную информацию о снежном покрове. Пассивные микроволновые датчики особенно ценны для временной и пространственной непрерывности, поскольку они могут отображать поверхность под облаками и в темноте. В сочетании с измерениями отражения пассивное микроволновое зондирование значительно расширяет возможности выводов о снежном покрове.^[62]

Модели

Наука о снеге часто приводит к прогностическим моделям, включающим отложение снега, таяние снега и гидрологию снега — элементы круговорота воды на Земле, — которые помогают описать глобальное изменение климата . ^[1]

Модели глобального изменения климата (GCM) включают снег как фактор в свои расчеты. Некоторые важные аспекты снежного покрова включают его альбедо (отражательная способность падающего излучения, включая свет) и изолирующие свойства, которые замедляют скорость сезонного таяния морского льда. По состоянию на 2011 год считалось, что фаза таяния моделей снега GCM плохо работает в регионах со сложными факторами, регулирующими таяние снега, такими как растительный покров и рельеф. Эти модели обычно каким-то образом получают эквивалент снеговой воды (SWE) на основе спутниковых наблюдений за снежным покровом. ^[1] Международная классификация сезонного снега на земле определяет SWE как «глубину воды, которая образовалась бы, если бы масса снега полностью растаяла». ^[4]

Учитывая важность таяния снега для сельского хозяйства, модели гидрологического стока, которые включают снег в свои прогнозы, учитывают этапы накопления снежного покрова, процессы таяния и распределение талой воды по речным сетям и в грунтовые воды. Ключом к описанию процессов таяния являются поток солнечного тепла, температура окружающей среды, ветер и осадки. В первоначальных моделях таяния снега использовался метод градусо-дня, который подчеркивал разницу температур между воздухом и снежным покровом для расчета водного эквивалента снега, SWE. В более поздних моделях используется подход энергетического баланса, который учитывает следующие факторы для расчета Q _m , энергии, доступной для расплава. Это требует измерения массива снежного покрова и факторов окружающей среды для расчета шести механизмов теплового потока, которые способствуютQ _м . ^[1]

Воздействие на деятельность человека

Снег влияет на деятельность человека в четырех основных областях: транспорт, сельское хозяйство, строения и спорт. Большинству видов транспорта мешает снег на дорожном покрытии. Сельское хозяйство часто использует снег как источник сезонной влаги. Конструкции могут разрушиться под снеговыми нагрузками. Люди находят широкий спектр развлекательных мероприятий в снежных ландшафтах.

Транспорт

Снег влияет на полосу отвода автомагистралей, аэродромов и железных дорог. У них общий инструмент для уборки снега — снегоочиститель . Однако применение в каждом случае отличается: на дорогах используются антиобледенительные химикаты для предотвращения склеивания льда, а на аэродромах - нет; железные дороги полагаются на абразивы для улучшения сцепления с путями.

Шоссе

Согласно отчету Kuemmel за 1994 год, в конце 20-го века в Северной Америке ежегодно тратилось около 2 миллиардов долларов на содержание дорог в зимнее время из-за снега и других погодных явлений. В исследовании изучалась практика юрисдикций в 44 штатах США и девяти провинциях Канады. Он оценил политику, методы и оборудование, используемое для зимнего обслуживания. Было обнаружено, что аналогичные практики и прогресс преобладают в Европе. ^[63]

Основное влияние снега на контакт автомобиля с дорогой заключается в уменьшении трения. Это можно улучшить с помощью зимних шин , протектор которых предназначен для уплотнения снега таким образом, чтобы улучшить сцепление с дорогой. Тем не менее, ключом к поддержанию проезжей части, способной выдержать движение транспорта во время и после снегопадов, является эффективная программа защиты от обледенения, в которой используются как химикаты, так и вспашка . ^[63] Практическое руководство FHWA по эффективной программе защиты от обледенения.подчеркивает «противообледенительные» процедуры, предотвращающие прилипание снега и льда к дороге. Ключевые аспекты практики включают: понимание защиты от обледенения в свете уровня обслуживания, который должен быть достигнут на данной дороге, климатических условий, с которыми придется столкнуться, а также различных ролей противогололедных, антиобледенительных и абразивных материалов и применений. и использование антиобледенительных «наборов инструментов», одного для операций, одного для принятия решений и другого для персонала. Элементы наборов инструментов: ^[64]

• Эксплуатация - касается применения твердых и жидких химикатов с использованием различных методов, включая предварительное смачивание хлоридных солей. В нем также рассматриваются возможности вспашки, включая типы используемых снегоочистителей и отвалов.
• Принятие решений — объединяет информацию о прогнозе погоды с информацией о дорогах для оценки предстоящих потребностей в применении активов и оценки эффективности обработки в ходе выполняемых операций.
• Персонал — предусматривает обучение и развертывание персонала для эффективного выполнения программы защиты от обледенения с использованием соответствующих материалов, оборудования и процедур.

Руководство предлагает матрицы, учитывающие различные типы снега и скорость выпадения снега, чтобы правильно и эффективно адаптировать приложения.

Снежные заграждения , сооруженные с наветренной стороны от проезжей части, препятствуют сносу снега, вызывая накопление переносимого ветром поземного снега в нужном месте. Они также используются на железных дорогах. Кроме того, фермеры и владельцы ранчо используют снежные заграждения для создания насыпей в бассейнах для обеспечения запаса воды весной. ^{[65] [66]}

Авиация

Чтобы аэропорты оставались открытыми во время зимних штормов, необходимо очистить взлетно-посадочные полосы и рулежные дорожки от снега. В отличие от дорог, где химическая обработка хлором является обычным явлением для предотвращения прилипания снега к поверхности дорожного покрытия, использование таких химикатов обычно запрещено в аэропортах из-за их сильного коррозионного воздействия на алюминиевые самолеты. Следовательно, механические щетки часто используются в дополнение к действию снегоочистителей. С учетом ширины взлетно-посадочных полос на аэродромах, обслуживающих большие самолеты, для очистки от снега на взлетно-посадочных полосах и рулежных дорожках используют автомобили с большими отвалами, эшелонами струговых машин или роторными снегоочистителями . Для расчистки перронов терминалов может потребоваться 6 гектаров (15 акров) или более. ^[67]

Правильно оборудованный самолет может летать в снежную бурю по правилам полетов по приборам . Перед взлетом, во время метели, им требуется противообледенительная жидкость , чтобы предотвратить скопление и замерзание снега и других осадков на крыльях и фюзеляже, которые могут поставить под угрозу безопасность самолета и его пассажиров. ^[68] В полете самолеты полагаются на различные механизмы, чтобы избежать изморози и других видов обледенения в облаках, ^[69] к ним относятся пульсирующие пневматические сапоги , электротермические зоны, выделяющие тепло, и жидкие антиобледенители, которые просачиваются на поверхность. ^[70]

Железная дорога

На железных дорогах традиционно используются два типа снегоочистителей для расчистки путей: клиновидный плуг , который отбрасывает снег в обе стороны, и роторный снегоочиститель, который подходит для борьбы с сильным снегопадом и отбрасывания снега далеко в одну или другую сторону. До изобретения роторного снегоочистителя ок. В 1865 году потребовалось несколько локомотивов , чтобы вести клиновой плуг по глубокому снегу. После расчистки пути такими плугами «фланец» используется для очистки снега между рельсами, которые находятся ниже досягаемости других типов плугов. Там, где обледенение может повлиять на контакт стали со сталью колес локомотива на пути, абразивы (обычно песок) использовались для обеспечения сцепления на более крутых подъемах. ^[71]

На железных дорогах используются снежные навесы — конструкции, покрывающие пути, — чтобы предотвратить скопление сильного снега или лавин для покрытия путей в заснеженных горных районах, таких как Альпы и Скалистые горы . ^[72]

• Снегоочистители для разных видов транспорта
• Грузовики убирают снег на шоссе в Миссури .

• Операции по уборке снега в аэропорту включают вспашку и чистку щеткой.

• Швейцарский низкопрофильный снегоочиститель на поезде

Снежные дороги и взлетно-посадочные полосы

Снег можно уплотнить, чтобы сформировать снежную дорогу и стать частью маршрута зимней дороги для транспортных средств, подъезжающих к изолированным населенным пунктам или строительным объектам зимой. ^[73] Снег также можно использовать в качестве опорной конструкции и поверхности для взлетно-посадочной полосы, как на аэродроме Феникс в Антарктиде. Уплотненная снегом взлетно-посадочная полоса рассчитана примерно на 60 колесных полетов тяжелых военных самолетов в год. ^[74]

сельское хозяйство

Снегопад может быть полезен для сельского хозяйства, служа теплоизолятором , сохраняя тепло Земли и защищая урожай от заморозков. Некоторые сельскохозяйственные районы зависят от накопления снега в течение зимы, который будет постепенно таять весной, обеспечивая воду для роста сельскохозяйственных культур, как напрямую, так и через стоки через ручьи и реки, питающие оросительные каналы. ^[1] Ниже приведены примеры рек, которые полагаются на талую воду с ледников или сезонный снежный покров как на важную часть своего стока, от которого зависит орошение: Ганг , многие из притоков которого берут начало в Гималаях и обеспечивают большую ирригацию на северо-востоке Индии , ^[75]река Инд , которая берет свое начало в Тибете ^[76] и обеспечивает поливную воду в Пакистан из быстро отступающих тибетских ледников ^[77] и река Колорадо , которая получает большую часть своей воды из сезонного снежного покрова в Скалистых горах ^[78] и обеспечивает орошение воды примерно до 4 миллионов акров (1,6 миллиона гектаров). ^[79]

Структуры

Снег является важным фактором для нагрузок на конструкции. Для решения этих проблем европейские страны используют Еврокод 1: Воздействия на конструкции - Часть 1-3: Общие воздействия - Снеговые нагрузки . ^[80] В Северной Америке стандарт ASCE «Минимальные расчетные нагрузки для зданий и других сооружений» дает рекомендации по снеговым нагрузкам. ^[81] В обоих стандартах используются методы, которые переводят максимальные ожидаемые снеговые нагрузки на грунт в расчетные нагрузки на кровли.

Крыши

Снеговые нагрузки и обледенение – две основные проблемы для крыш. Снеговая нагрузка связана с климатом, в котором находится конструкция. Обледенение обычно является результатом того, что здание или сооружение выделяют тепло, которое тает находящийся на нем снег.

Снеговые нагрузки . В « Минимальных расчетных нагрузках для зданий и других сооружений» приведены рекомендации по переводу следующих факторов в снеговые нагрузки на крышу: ^[81]

• Нагрузки от снега на грунт
• Экспозиция крыши
• Тепловые свойства кровли.
• Форма крыши
• Дрифтинг
• Важность здания

В нем приведены таблицы снеговых нагрузок на грунт по регионам и методология расчета снеговых нагрузок на грунт, которые могут варьироваться в зависимости от высоты от ближайших измеренных значений. В Еврокоде 1 используются аналогичные методологии, начиная со снеговых нагрузок на грунт, которые сведены в таблицы для отдельных частей Европы. ^[80]

Обледенение. Крыши также должны быть спроектированы таким образом, чтобы избежать образования наледи , возникающей в результате стекания талой воды под снегом на крышу и замерзания на карнизе. Ледяные запруды на крышах образуются, когда скопившийся снег на наклонной крыше тает и стекает по крыше под изолирующим снежным покровом, пока не достигнет температуры воздуха ниже нуля, обычно на карнизах . Когда талая вода достигает замерзающего воздуха, лед скапливается, образуя плотину, и снег, который позже тает, не может должным образом стекать через плотину. ^[82] Ледяные запруды могут привести к повреждению строительных материалов или ущербу или травмам в результате падения ледяной запруды или в результате попыток удалить ледяные запруды. Таяние происходит в результате прохождения тепла через крышу под хорошо изолирующим слоем снега.^{[83] [84]}

Инженерные сети

В лесопокрытых районах ЛЭП на опорах меньше подвержены снеговым нагрузкам, чем повреждениям от падающих на них деревьев, поваленных тяжелым мокрым снегом. ^[85] В других местах снег может нарастать на линии электропередач в виде «рукавов» изморози. Инженеры проектируют такие нагрузки, которые измеряются в кг/м (фунт/фут), а энергетические компании имеют системы прогнозирования, которые предвидят типы погоды, которые могут вызвать такие наслоения. Изморозь можно удалить вручную или путем короткого замыкания на пораженном участке линий электропередач, чтобы расплавить наросты. ^{[86] [87]}

Спорт и отдых

Снег используется во многих зимних видах спорта и формах отдыха, включая катание на лыжах и санях . Общие примеры включают беговые лыжи , горные лыжи , сноубординг , прогулки на снегоступах и катание на снегоходах . Конструкция используемого снаряжения, например лыж и сноубордов, обычно зависит от несущей способности снега и зависит от коэффициента трения подшипника по снегу.

Катание на лыжах на сегодняшний день является самым популярным видом зимнего отдыха. По состоянию на 1994 год из примерно 65–75 миллионов лыжников во всем мире около 55 миллионов занимались горными лыжами , остальные занимались беговыми лыжами . Приблизительно 30 миллионов лыжников (всех видов) были в Европе, 15 миллионов в США и 14 миллионов в Японии. По состоянию на 1996 год, по сообщениям, насчитывалось 4500 горнолыжных курортов, в которых работало 26 000 подъемников и которые ежегодно посещали 390 миллионов лыжников. Преобладающим регионом для катания на горных лыжах была Европа, за ней следуют Япония и США. ^[88]

Горнолыжные курорты все чаще полагаются на оснежение , производство снега путем нагнетания воды и сжатого воздуха через снежную пушку на горнолыжных склонах. ^[89] Оснежение в основном используется в дополнение к естественному снегу на горнолыжных курортах . ^[90] Это позволяет им повысить надежность снежного покрова и продлить лыжный сезон с поздней осени до ранней весны. Производство снега требует низких температур. Пороговая температура для оснежения увеличивается по мере снижения влажности. В качестве показателя используется температура по влажному термометру , поскольку она учитывает температуру воздуха и относительную влажность. Производство снега является относительно дорогостоящим процессом с точки зрения энергопотребления, что ограничивает его использование.^[91]

Лыжный воск улучшает способность лыж (или других бегунов) скользить по снегу за счет снижения коэффициента трения, который зависит как от свойств снега, так и от лыж, что приводит к оптимальному количеству смазки от таяния снега за счет трения. с лыжей — слишком мало и лыжа взаимодействует с твердыми кристаллами снега, слишком много и капиллярное притяжение талой воды тормозит лыжу. Прежде чем лыжа сможет скользить, она должна преодолеть максимальное значение статического трения. Кинетическое (или динамическое) трение возникает при движении лыжи по снегу. ^[92]

Военное дело

Снег влияет на боевые действия, ведущиеся зимой, в высокогорных условиях или в высоких широтах. Основными факторами являются ухудшение видимости для обнаружения целей во время снегопада, повышенная видимость целей на снежном фоне для целеуказания и подвижность как механизированных , так и пехотных войск. Снегопад также может серьезно затруднить логистику снабжения войск . Снег также может служить укрытием и защитой от огня из стрелкового оружия. ^[93] Известные зимние боевые кампании, когда снег и другие факторы повлияли на операции, включают:

• Французское вторжение в Россию , где плохие тяговые условия для плохо подкованных лошадей мешали повозкам с припасами не отставать от войск. ^[94] Эта кампания также сильно пострадала от холода, в результате чего отступающая армия достигла реки Неман в декабре 1812 года, имея только 10 000 человек из 420 000, которые намеревались вторгнуться в Россию в июне того же года. ^[95]
• Зимняя война , попытка Советского Союза захватить территорию Финляндии в конце 1939 года, продемонстрировала превосходную зимнюю тактику финской армии в отношении мобильности по снегу, маскировки и использования местности. ^[96]
• Битва за Арденну , немецкое контрнаступление во время Второй мировой войны , начавшееся 16 декабря 1944 года, была отмечена сильными метелями, которые препятствовали поддержке союзников с воздуха для наземных войск, но также мешали попыткам Германии снабжать свои линии фронта. ^[97] На Восточном фронте во время вторжения нацистов в Россию в 1941 году в рамках операции «Барбаросса » как русским, так и немецким солдатам пришлось терпеть ужасные условия русской зимы . В то время как использование лыжной пехоты было обычным явлением в Красной Армии, Германия сформировала только одну дивизию для передвижения на лыжах. ^[98]
• Корейская война , которая длилась с 25 июня 1950 года до перемирия 27 июля 1953 года, началась, когда Северная Корея вторглась в Южную Корею . Большая часть боевых действий происходила в зимних условиях, с участием снега, ^[99] особенно во время битвы у водохранилища Чосин , которая была ярким примером холода, влияющего на военные операции, ^[100] особенно на транспортные средства и оружие. ^[101]

• Военные действия в снегу
• Бивак Великой Армии Наполеона во время зимнего отступления из Москвы .

• Финские лыжные войска во время вторжения Советского Союза в Финляндию

• Армейская техника борется со снегом во время Арденнского сражения Второй мировой войны .

• Норвежские военные приготовления во время учений Cold Response 2009 г.

• Подготовка морских котиков к зимним боевым действиям в Мамонтовой горе , Калифорния .

Воздействие на экосистемы

И растительный, и животный мир, эндемичный для заснеженных территорий, вырабатывает способы адаптации. К адаптивным механизмам растений относятся покой, сезонное отмирание, приживаемость семян; а для животных — это спячка, изоляция, химия против замерзания, хранение пищи, использование резервов внутри тела и группирование для взаимного тепла. ^[102]

Растительная жизнь

Снег взаимодействует с растительностью двумя основными способами: растительность может влиять на осаждение и удержание снега и, наоборот, наличие снега может влиять на распределение и рост растительности. Ветки деревьев, особенно хвойныхперехватывать падающий снег и предотвращать его накопление на земле. Снег, взвешенный на деревьях, исчезает быстрее, чем на земле, из-за большей подверженности солнцу и движению воздуха. Деревья и другие растения также могут способствовать удержанию снега на земле, который в противном случае был бы унесен ветром или растаял бы на солнце. Снег влияет на растительность несколькими способами, наличие запасенной воды может способствовать росту, но ежегодное начало роста зависит от схода снежного покрова для тех растений, которые погребены под ним. Кроме того, лавины и эрозия из-за таяния снега могут размывать растительность на местности. ^[1]

Жизнь животных

Снег поддерживает самых разных животных как на поверхности, так и под ней. В снегу живут многие беспозвоночные , в том числе пауки , осы , жуки , снежные скорпионы и ногохвостки . Такие членистоногие обычно активны при температуре до -5 ° C (23 ° F). Беспозвоночные делятся на две группы в отношении выживания при отрицательных температурах: устойчивые к замерзанию и те, которые избегают замерзания, потому что они чувствительны к замерзанию. Первая группа может быть морозоустойчивой из-за способности производить антифризы в жидкостях своего организма, что позволяет выживать при длительном воздействии минусовых температур. Некоторые организмы быстрозимой, который изгоняет чувствительное к замерзанию содержимое из пищеварительного тракта. Способность выживать при отсутствии кислорода во льду является дополнительным механизмом выживания. ^[102]

Под снегом активны мелкие позвоночные . Среди позвоночных альпийские саламандры активны в снегу при температуре до -8 ° C (18 ° F); Весной они зарываются на поверхность и откладывают яйца в талые пруды. Среди млекопитающих те, которые остаются активными, обычно меньше 250 граммов (8,8 унции). Всеядные с большей вероятностью впадают в оцепенение или впадают в спячку , тогда как травоядные с большей вероятностью сохраняют запасы пищи под снегом. Полевки хранят до 3 кг (6,6 фунта) пищи, а пищухи - до 20 кг (44 фунта). Полевки также ютятся в общих гнездах, чтобы получить выгоду от тепла друг друга. На поверхности волки ,койоты , лисы , рыси и ласки полагаются на этих подземных обитателей в поисках пищи и часто ныряют в снежный покров, чтобы найти их. ^[102]

За пределами Земли

Внеземной «снег» включает осадки на водной основе, а также осадки других соединений, преобладающих на других планетах и ​​лунах Солнечной системы . Примеры:

• На Марсе наблюдения посадочного модуля Phoenix Mars показывают, что снежные кристаллы на водной основе встречаются в высоких широтах. ^[103] Кроме того, углекислый газ осаждается из облаков во время марсианских зим на полюсах и способствует сезонному отложению этого соединения, которое является основным компонентом ледяных шапок этой планеты . ^[104]
• На Венере наблюдения с космического корабля « Магеллан » выявили присутствие металлического вещества, которое осаждается в виде « венерианского снега » и оставляет сильно отражающее вещество на вершинах самых высоких горных пиков Венеры, напоминающее земной снег. Учитывая высокие температуры на Венере, основными кандидатами на осадок являются сульфид свинца и сульфид висмута (III) . ^[105]
• На Титане , спутнике Сатурна , наблюдения космического аппарата Кассини-Гюйгенс предполагают присутствие метана или какой-либо другой формы кристаллических отложений на основе углеводородов . ^[106]

Смотрите также

Лексикон

• Эскимосские слова для снега
• Неправильный тип снега

Известные снежные события

• 2007 Сибирский оранжевый снег
• Альберта машинка для стрижки
• Список метелей
• Список самых снежных мест в США по штатам

Отдых

• Катание на лыжах
• Сани
• Снежный ангел
• Снежная пушка
• Снеговик
• Снегоход
• Зимний вид спорта

Связанные концепции

• Ледяной дождь
• Мороз
• Граупель
• Град
• Лед
• Ледяная крупа
• иней
• мокрый снег
• Снежный пояс

Наука и ученые

• Снежная гидрология
• Хронология исследования снежинок
• Укичиро Накая

Снежные конструкции

• Иглу
• Куинзи
• Снежная пещера
• Уход за снегом

Рекомендации

Внешние ссылки

• Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде: глобальные перспективы льда и снега
• Институт науки о низких температурах, Университет Хоккайдо
• Швейцарский федеральный институт исследований леса, снега и ландшафта
• Национальный центр данных по снегу и льду США
• Интерактивная карта Американского общества инженеров-строителей по грунтовым снеговым нагрузкам для континентальной части США