Краткое содержание

Распределение снега

  • Количество снега, накапливающегося на поверхности земли в лесной зоне, регулируется двумя основными факторами.
  • Растительность способна влиять на снегонакопление, изменяя силу ветра и процесс сублимации.
    • Снег, который непосредственно задерживается пологом леса, больше подвержен влиянию ветра, что, в свою очередь, делает его более подверженным сублимации.
    • Участки высокой растительности снижают скорость ветра, формирую значительные накопления снега с подветренной стороны деревьев и на открытых участках леса (на полянах).
    • Если горизонтальные размеры открытого пространства между деревьями значительно превышают высоту окружающих его деревьев, то на нем наблюдается выдувание снега.
  • На открытых участках, которые подвергаются воздействию более сильных ветров, например, на плоских участках поверхности, на участках с нехваткой растительности, горных хребтах или вершинах холмов, наблюдается выдувание снега и меньшее снегонакопление.

Характеристики снежного покрова

  • Свежевыпавший снег обычно состоит из нетронутых кристаллов и большого количества воздуха между ними. Чем старше снег, тем более округлыми становятся его кристаллы в результате таяния, сублимации или ветрового переноса. Это приводит к оседанию снега и увеличению его плотности.
  • Толщина слоя воды, образовавшегося при полном таянии снега на горизонтальной поверхности, называется водным эквивалентом снега или SWE.
  • Соотношение снег–вода или SLR – это эквивалент SWE, выраженный как отношение высоты снежного покрова к толщине слоя жидкости, получаемой в результате таяния.
  • SLR и SWE являются показателями плотности снежного покрова. Значение SLR может изменяться от 20:1 для свежего снега, выпавшего при температуре ниже температуры замерзания (ниже 0 °С), до 2:1 для снега, который выпал достаточно давно, подвергся ветровому воздействию, а его температура близка к 0 °С.
  • Температура снежного покрова различна в нижних и верхних его слоях.
    • Температура нижней части снежного покрова обычно относительно высокая, благодаря контакту с землей.
    • Температура верхней части снежного покрова низкая в ночное время и выше в дневное, хотя, при наличии холодных воздушных масс, она все равно может быть значительно ниже температуры нижних слоев снежного покрова.
  • Существуют два основных типа метаморфизма снега: метаморфизм сухого снега и метаморфизм таяния–замерзания.
    • В случае метаморфизма сухого снега, в снежном покрове не содержится вода в жидком виде и температура обычно ниже нуля. SWE может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от условий.
    • При метаморфизме таяния–замерзания температура примерно равна температуре замерзания и в снеге присутствует некоторое количество жидкой воды. В результате таяния и повторного замерзания значения SWE значительно повышаются.

Процессы теплообмена

Тепловой баланс снежного покрова и окружающей его среды в основном определяется следующими параметрами: приходящая и отраженная солнечная радиация, приходящая и отраженная длинноволновая радиация, турбулентный перенос скрытого и явного тепла, теплопроводность почвы и адвективное тепло во время дождя.

  • Отражательная способность поверхности снега (альбедо) уменьшается по мере старения снежного покрова, приводя к тому, что со временем он поглощает значительно больше солнечной радиации.
  • Скрытое (латентное) тепло – это энергия, обмен которой с окружающей средой происходит в случае изменения агрегатного состояния воды.
    • Скрытая теплота сублимации примерно в восемь раз больше скрытой теплоты плавления.
  • Упругость водяного пара в атмосфере над снежным покровом может существенно влиять на величину сублимации.
    • Если упругость водяного пара уменьшается с увеличением высоты, то снег сублимирует и теряет скрытое тепло.
    • Если упругость водяного пара увеличивается с увеличением высоты, то влага из атмосферы будет оседать на поверхности снега, и он будет получать дополнительное скрытое тепло.
    • Для значительного повышения температуры снежного покрова за счет осаждения влаги и последующего освобождения скрытого тепла, как правило, требуется достаточно сильный ветер, который будет вызывать турбулентный перенос.
  • Когда ветер незначителен, то наблюдается лишь минимальный турбулентный перенос, и воздух, охлажденный при сублимации с поверхности снега, остается над ней.
  • Сильные ветры приводят к появлению турбулентного переноса, и охлажденный в результате сублимации воздух над поверхностью снега смешивается с более теплыми воздушными массами сверху. Это может привести к началу таяния, особенно если ветер достаточно сильный и упругость водяного пара в атмосфере возрастает с увеличением высоты.
  • Дождь, выпадающий на снежный покров, будет передавать ему часть своего тепла. Количество передаваемого тепла зависит от температуры дождя и любого происходящего изменения агрегатного состояния.
    • Дождь, достаточно теплый для того, чтобы не замерзать по мере просачивания сквозь снежный покров, передает ему лишь небольшое количество тепла.
    • Дождь, достаточно холодный для того, чтобы замерзнуть по мере просачивания через снежный покров, будет передавать ему значительно больше скрытого тепла, которое будет выделяться при замерзании дождя.
    • Количество тепла, которое выделяется по мере замерзания дождя в снежном покрове, зависит от начального значения SLR или плотности снежного покрова.

Течение воды и снежный покров

  • Вода наиболее эффективно просачивается через снежный покров в случае, если поры между частицами снега заполнены водой.
  • Предпочтительные пути продвижения жидкости в снежном покрове – макропоры – образуются как горизонтально, так и вертикально.
    • Горизонтальные пути, как правило, образуются в случае, если непроницаемые линзы льда вынуждают воду обтекать их.
  • Зачастую существует задержка между началом таяния снежного покрова и водоотдачей талых вод в его нижней части. Эта задержка может составлять несколько дней и более, в зависимости от сезона.

Что происходит с талой водой?

  • Если почва не проморожена и не водонасыщена, то талая вода будет впитываться в почву до тех пор, пока скорость таяния снега не превысит ее инфильтрационную способность.
  • Если почва проморожена, то инфильтрация талых вод затруднена. Это может привести к накоплению талой воды на земле и ее возможному повторному замерзанию. В случае достаточно быстрого снеготаяния может возникнуть наводнение.
  • Под склонами холмов или иных поверхностей с уклоном будет скапливаться значительно больше талой воды.