Snö
Snö | |
---|---|
Fysiska egenskaper | |
Densitet (ρ) | 0,1–0,8 g/cm 3 |
Mekaniska egenskaper | |
Draghållfasthet (σ t ) | 1,5–3,5 kPa |
Tryckhållfasthet (σ c ) | 3–7 MPa |
Termiska egenskaper | |
Smälttemperatur ( T m ) | 0°C |
Värmeledningsförmåga (k) För densiteter 0,1 till 0,5 g/cm 3 | 0,05–0,7 W/(K·m) |
Elektriska egenskaper | |
Dielektrisk konstant (ε r ) För torrsnödensitet 0,1 till 0,9 g/cm 3 | 1–3,2 |
De fysiska egenskaperna hos snö varierar avsevärt från händelse till händelse, prov till prov och över tid. |
Del av en serie om |
väder |
---|
Väderportal |
Snö består av individuella iskristaller som växer medan de svävar i atmosfären - vanligtvis inom moln - och sedan faller och samlas på marken där de genomgår ytterligare förändringar. Det består av fruset kristallint vatten under hela sin livscykel, med början när iskristallerna under lämpliga förhållanden bildas i atmosfären, ökar till millimeterstorlek, fälls ut och ackumuleras på ytor, förvandlas sedan på plats och slutligen smälter, glider eller sublimeras bort . .
Snöstormar organiseras och utvecklas genom att livnära sig på källor till atmosfärisk fukt och kall luft. Snöflingor bildar kärnor runt partiklar i atmosfären genom att dra till sig underkylda vattendroppar, som fryser i sexkantiga kristaller. Snöflingor antar en mängd olika former, grundläggande bland dessa är blodplättar, nålar, kolonner och rim . När snö samlas i ett snöpack kan det blåsa in i drivor. Över tiden, ackumulerad snö metamorfoser, genom sintring , sublimering och frys-tina . Där klimatet är tillräckligt kallt för ackumulering från år till år kan en glaciär bildas. Annars smälter snö typiskt säsongsmässigt, vilket orsakar avrinning i strömmar och floder och laddar grundvatten .
Viktiga snöutsatta områden inkluderar polarområdena , den nordligaste halvan av norra halvklotet och bergsområden över hela världen med tillräcklig fukt och kalla temperaturer. På södra halvklotet begränsas snön främst till bergiga områden, bortsett från Antarktis .
Snö påverkar sådana mänskliga aktiviteter som transporter : skapar behovet av att hålla vägar, vingar och fönster fria; jordbruk : tillhandahålla vatten till grödor och skydda boskap; sporter som skidåkning , snowboardåkning och resor med snömaskiner ; och krigföring . Snö påverkar ekosystemen genom att tillhandahålla ett isolerande lager under vintern där växter och djur kan överleva kylan.
Nederbörd
Snö utvecklas i moln som själva är en del av ett större vädersystem. Fysiken för utveckling av snökristaller i moln är resultatet av en komplex uppsättning variabler som inkluderar fukthalt och temperaturer. De resulterande formerna av de fallande och fallna kristallerna kan klassificeras i ett antal grundläggande former och kombinationer därav. Ibland kan några plattliknande, dendritiska och stjärnformade snöflingor bildas under klar himmel med en mycket kall temperaturinversion närvarande.
Molnbildning
Snömoln uppstår vanligtvis i samband med större vädersystem, varav det viktigaste är lågtrycksområdet, som vanligtvis innehåller varma och kalla fronter som en del av sin cirkulation. Två ytterligare och lokalt produktiva snökällor är stormar med sjöeffekt (även havseffekt) och höjdeffekter, särskilt i berg.
Lågtrycksområden
Cykloner på mitten av latitud är lågtrycksområden som kan producera allt från molnighet och milda snöstormar till kraftiga snöstormar . Under ett halvklots höst , vinter och vår kan atmosfären över kontinenter vara tillräckligt kall genom troposfärens djup för att orsaka snöfall. På norra halvklotet producerar den norra sidan av lågtrycksområdet mest snö. För de södra mellanbreddgraderna är den sida av en cyklon som producerar mest snö den södra sidan.
Fronter
En kallfront , den främre kanten av en svalare luftmassa, kan producera frontala snöbyar — en intensiv frontal konvektiv linje (liknande ett regnband ), när temperaturen är nära minusgrader vid ytan. Den starka konvektionen som utvecklas har tillräckligt med fukt för att producera whiteout-förhållanden på platser som linjen passerar över när vinden orsakar intensiv snöblåsning. Denna typ av snöstorm varar i allmänhet mindre än 30 minuter var som helst längs dess väg, men linjens rörelse kan täcka stora avstånd. Frontala stormar kan bildas en kort bit framför ytans kallfront eller bakom kallfronten där det kan finnas ett fördjupande lågtryckssystem eller en serie rännor som liknar en traditionell kallfrontal passage. I situationer där squall utvecklas post-frontalt är det inte ovanligt att två eller tre linjära squall-band passerar i snabb följd endast åtskilda av 25 miles (40 kilometer), med var och en som passerar samma punkt med ungefär 30 minuters mellanrum. I fall där det förekommer en stor mängd vertikal tillväxt och blandning, kan squallen utveckla inbäddade cumulonimbusmoln vilket resulterar i blixtar och åska som kallas thundersnow .
En varmfront kan producera snö under en period då varm, fuktig luft åsidosätter luft under fryspunkten och skapar nederbörd vid gränsen. Ofta övergår snö till regn i den varma sektorn bakom fronten.
Sjö- och haveffekter
Snö med sjöeffekt produceras under kallare atmosfäriska förhållanden när en kall luftmassa rör sig över långa vidder av varmare sjövatten , värmer upp det nedre luftlagret som tar upp vattenånga från sjön, stiger upp genom den kallare luften ovanför, fryser och deponeras på lä (medvind) stränderna.
Samma effekt som inträffar över kroppar av saltvatten kallas havseffekt eller vikeffekt snö . Effekten förstärks när den rörliga luftmassan lyfts upp av den orografiska påverkan från högre höjder på medvindsstränderna. Denna upplyftning kan producera smala men mycket intensiva nederbördsband som kan avsättas med en hastighet av många tum snö varje timme, vilket ofta resulterar i en stor mängd totalt snöfall.
De områden som påverkas av sjöeffektsnö kallas snöbälten . Dessa inkluderar områden öster om de stora sjöarna , västkusten av norra Japan, Kamchatka-halvön i Ryssland och områden nära den stora saltsjön , Svarta havet , Kaspiska havet , Östersjön och delar av norra Atlanten.
Bergseffekter
Orografiskt eller lättnadssnöfall skapas när fuktig luft tvingas upp längs vindsidan av bergskedjor av en storskalig vindström . Lyftet av fuktig luft uppför sidan av en bergskedja resulterar i adiabatisk kylning, och i slutändan kondens och nederbörd. Fukt avlägsnas gradvis från luften genom denna process, vilket lämnar torrare och varmare luft på den nedåtgående eller läsidan . Det resulterande ökade snöfallet, tillsammans med minskningen i temperatur med höjden, kombineras för att öka snödjupet och säsongsbetonad uthållighet av snöpackning i snöutsatta områden.
Bergsvågor har också visat sig hjälpa till att öka nederbördsmängderna nedåt i bergskedjor genom att förbättra det lyft som behövs för kondens och nederbörd.
Molnfysik
En snöflinga består av ungefär 10 19 vattenmolekyler som tillförs dess kärna i olika hastigheter och i olika mönster beroende på den växlande temperatur och luftfuktighet i atmosfären som snöflingan faller igenom på väg till marken . Som ett resultat skiljer sig snöflingor från varandra även om de följer liknande mönster.
Snökristaller bildas när små underkylda molndroppar (cirka 10 μm i diameter) fryser . Dessa droppar kan förbli flytande vid temperaturer lägre än -18 °C (0 °F), eftersom för att frysa måste några molekyler i droppen träffas av en slump för att bilda ett arrangemang som liknar det i ett isgitter. Droppen fryser runt denna "kärna". I varmare moln måste en aerosolpartikel eller "iskärna" finnas i (eller i kontakt med) droppen för att fungera som en kärna. Iskärnor är mycket sällsynta jämfört med molnkondensationskärnor på vilka vätskedroppar bildas. Leror, ökendamm och biologiska partiklar kan vara kärnor. Konstgjorda kärnor inkluderar partiklar av silverjodid och torris , och dessa används för att stimulera nederbörd i molnsådd .
När en droppe har frusit, växer den i den övermättade miljön - en där luften är mättad med avseende på is när temperaturen är under fryspunkten. Droppen växer sedan genom diffusion av vattenmolekyler i luften (ånga) till iskristallytan där de samlas upp. Eftersom vattendroppar är så mycket fler än iskristallerna, kan kristallerna växa till hundratals mikrometer eller millimeter i storlek på bekostnad av vattendropparna genom Wegener- Bergeron-Findeisen-processen . Dessa stora kristaller är en effektiv källa till nederbörd, eftersom de faller genom atmosfären på grund av sin massa och kan kollidera och klibba ihop i kluster eller aggregat. Dessa aggregat är snöflingor och är vanligtvis den typ av ispartikel som faller till marken. Även om isen är klar, gör spridning av ljus av kristallfasetterna och håligheter/defekter att kristallerna ofta ser vita ut på grund av diffus reflektion av hela ljusspektrumet av de små ispartiklarna .
Klassificering av snöflingor
Mikrografi av tusentals snöflingor från 1885 och framåt, som började med Wilson Alwyn Bentley , avslöjade den stora mångfalden av snöflingor inom en klassificerbar uppsättning mönster. Nära matchande snökristaller har observerats.
Ukichiro Nakaya utvecklade ett kristallmorfologidiagram som relaterar kristallformer till temperatur- och fuktförhållandena under vilka de bildades, vilket sammanfattas i följande tabell.
Temperaturvariation | Mättnadsområde | Typer av snökristall | |||
---|---|---|---|---|---|
°C | °F | g/m 3 | oz/cu yd | under mättnad | över mättnad |
0 till -3,5 | 32 till 26 | 0,0 till 0,5 | 0,000 till 0,013 | Rejäla tallrikar | Tunna tallrikar Dendriter |
−3,5 till −10 | 26 till 14 | 0,5 till 1,2 | 0,013 till 0,032 | Solida prismor Ihåliga prismor |
Ihåliga prismor Nålar |
−10 till −22 | 14 till -8 | 1,2 till 1,4 | 0,032 till 0,038 | Tunna tallrikar Rejäla tallrikar |
Sektionerade tallrikar Dendriter |
−22 till −40 | −8 till −40 | 1,2 till 0,1 | 0,0324 till 0,0027 | Tunna tallrikar Rejäla tallrikar |
Kolumner Prismor |
Nakaya upptäckte att formen också är en funktion av om den rådande fukten är över eller under mättnad. Former under mättnadslinjen tenderar mer mot solida och kompakta medan kristaller som bildas i övermättad luft tenderar mer mot spetsiga, känsliga och utsmyckade. Många mer komplexa tillväxtmönster bildas också, som inkluderar sidoplan, kulrosetter och plana typer, beroende på förhållandena och iskärnorna. Om en kristall har börjat bildas i en kolonntillväxt vid cirka −5 °C (23 °F) och sedan faller in i den varmare plattliknande regimen, spirar plattor eller dendritiska kristaller i slutet av kolonnen och producerar så kallade "capped" kolumner".
Magono och Lee tog fram en klassificering av nyformade snökristaller som inkluderar 80 distinkta former. De dokumenterade var och en med mikrobilder.
Ackumulation
Snö ackumuleras från en serie snöhändelser, som avbryts av frysning och upptining, över områden som är tillräckligt kalla för att behålla snö säsongsvis eller perenn. Viktiga snöutsatta områden inkluderar Arktis och Antarktis , norra halvklotet och alpina regioner. Vätskeekvivalenten till snöfall kan utvärderas med hjälp av en snömätare eller med en vanlig regnmätare , justerad för vintern genom att ta bort en tratt och inre cylinder. Båda typerna av mätare smälter den samlade snön och rapporterar mängden vatten som samlats upp. På vissa automatiska väderstationer kan en ultraljudssensor för snödjup användas för att utöka nederbördsmätaren.
Händelse
Snöbyg , snöskur , snöstorm och snöstorm beskriver snöhändelser av allt större varaktighet och intensitet. En snöstorm är ett väderförhållanden som involverar snö och har olika definitioner i olika delar av världen. I USA uppstår en snöstorm när två villkor är uppfyllda under en period av tre timmar eller mer: en ihållande vind eller frekventa vindbyar till 35 miles per timme (16 m/s), och tillräckligt med snö i luften för att minska sikten till mindre än 0,4 kilometer (0,25 mi). I Kanada och Storbritannien är kriterierna likartade. Även om kraftigt snöfall ofta inträffar under snöstormar, är fallande snö inte ett krav, eftersom snö som blåser kan skapa en snöstorm på marken .
Snöstorms intensitet kan kategoriseras efter sikt och djup av ackumulering. Snöfallets intensitet bestäms av sikten enligt följande:
- Ljus : sikt större än 1 kilometer (0,6 mi)
- Måttlig : siktbegränsningar mellan 0,5 och 1 kilometer (0,3 och 0,6 mi)
- Tung : sikten är mindre än 0,5 kilometer (0,3 mi)
Snöbyar kan avsätta snö i band som sträcker sig från vattendrag som väderlek vid sjöhändelser eller är ett resultat av passage av en front på övre nivå.
Den internationella klassificeringen för säsongssnö på marken definierar "höjden på nysnö" som djupet på nyfallen snö, i centimeter mätt med en linjal, som samlats på en snowboard under en observationsperiod på 24 timmar, eller annat observationsintervall. Efter mätningen rensas snön från brädan och brädan placeras i jämnhöjd med snöytan för att ge en exakt mätning i slutet av nästa intervall. Smältning, komprimering, blåsning och drivning bidrar till svårigheten att mäta snöfall.
Distribution
Glaciärer med sina permanenta snöpackningar täcker cirka 10 % av jordens yta, medan säsongsbetonad snö täcker cirka nio procent, mestadels på norra halvklotet, där säsongsbunden snö täcker cirka 40 miljoner kvadratkilometer (15 × 10 ^ 6 mi ), enligt en 1987 års uppskattning. En uppskattning från 2007 av snötäcket över norra halvklotet antydde att snötäcket i genomsnitt sträcker sig från en minsta utsträckning av 2 miljoner kvadratkilometer (0,77 × 10 6 sq mi) varje augusti till en maximal utsträckning av 45 miljoner kvadratkilometer (17) × 10 6 sq mi) varje januari eller nästan hälften av landytan på det halvklotet. En studie av snötäckets utbredning på norra halvklotet för perioden 1972–2006 tyder på en minskning med 0,5 miljoner kvadratkilometer (0,19 × 10 6 sq mi) under 35-årsperioden.
Uppgifter
Följande är världsrekord när det gäller snöfall och snöflingor:
- Högsta säsongsbetonade totala snöfall – Världsrekordet för det högsta säsongsbetonade totala snöfallet uppmättes i USA vid Mt. Baker Ski Area, utanför staden Bellingham, Washington under säsongen 1998–1999. Mount Baker fick 2 896 cm (95,01 fot) snö, vilket överträffade den tidigare rekordhållaren, Mount Rainier , Washington, som under säsongen 1971–1972 fick 2 850 cm (93,5 fot) snö.
- Högsta säsongsbetonade genomsnittliga årliga snöfall – Världsrekordet för det högsta genomsnittliga årliga snöfallet är 1 764 cm (57,87 fot), uppmätt i Sukayu Onsen, Japan för perioden 1981–2010.
- Största snöflinga – Enligt Guinness World Records , föll världens största snöflinga i januari 1887 utanför nuvarande Miles City Montana . Den mätte 38 cm (15 tum) i diameter.
Städerna (mer än 100 000 invånare) med det högsta årliga snöfallet är Aomori (792 cm), Sapporo (485 cm) och Toyama (363 cm) i Japan , följt av St. John's (332 cm) och Quebec City (315 cm) i Kanada .
Metamorfism
Enligt International Association of Cryospheric Sciences är snömetamorfism "den omvandling som snön genomgår under perioden från avsättning till antingen smältning eller passage till glacialis". Snö börjar som en pulverformig avsättning och blir mer granulär när den börjar packas under sin egen tyngd, blåses av vinden, sinter ihop partiklar och påbörjar cykeln av smältning och återfrysning. Vattenånga spelar en roll eftersom den avsätter iskristaller, känd som rimfrost , under kalla, stilla förhållanden. Under denna övergång är snö "ett mycket poröst, sintrat material som består av en kontinuerlig isstruktur och ett kontinuerligt sammankopplat porutrymme, som tillsammans bildar snömikrostrukturen". Nästan alltid nära sin smälttemperatur, omvandlar ett snöpack ständigt dessa egenskaper där alla tre vattenfaserna kan samexistera, inklusive flytande vatten som delvis fyller porutrymmet. Efter deponering fortskrider snö på en av två vägar som bestämmer dess öde, antingen genom ablation (mestadels genom smältning) från ett snöfall eller säsongsbetonat snöpack, eller genom att övergå från firn (flerårig snö) till glaciäris .
Säsong
Med tiden kan ett snöpack lägga sig under sin egen vikt tills dess densitet är cirka 30 % av vattnet. Densitetsökningar över denna initiala kompression sker främst genom smältning och återfrysning, orsakad av temperaturer över fryspunkten eller av direkt solstrålning. I kallare klimat ligger snö på marken hela vintern. På sen vår når snötätheten vanligtvis maximalt 50 % av vattnet. Snö som håller i sig till sommaren utvecklas till névé , granulär snö, som delvis har smälts, återfrysts och komprimerats. Névé har en minsta densitet på 500 kilogram per kubikmeter (31 lb/cu ft), vilket är ungefär hälften av densiteten för flytande vatten.
Firn
Firn är snö som har hållit i sig i flera år och har omkristalliserats till ett ämne som är tätare än névé , men ändå mindre tätt och hårt än glaciärisen . Firn liknar kaksocker och är mycket motståndskraftig mot skottning. Dess densitet sträcker sig i allmänhet från 550 kg per kubikmeter (34 lb/cu ft) till 830 kilogram per kubikmeter (52 lb/cu ft), och den kan ofta hittas under snön som ackumuleras vid toppen av en glaciär . Den minsta höjd som firn ackumuleras på en glaciär kallas firn limit , firn line eller snowline .
Rörelse
Det finns fyra huvudmekanismer för förflyttning av avsatt snö: drivande av osintrad snö, laviner av ansamlad snö i branta sluttningar, snösmältning under töförhållanden och rörelsen av glaciärer efter att snö har pågått i flera år och omvandlats till glaciäris.
Drifting
När pulversnö driver med vinden från den plats där den ursprungligen föll och bildar avlagringar med flera meters djup på isolerade platser. Efter att ha fästs på sluttningar kan blåst snö utvecklas till en snöplatta, vilket är en lavinfara i branta sluttningar.
Lavin
En lavin (även kallad snöras eller snöras) är ett snabbt flöde av snö nerför en sluttande yta. Laviner utlöses typiskt i en startzon från ett mekaniskt fel i snöpacket (plattlavin) när krafterna på snön överskrider dess styrka men ibland bara med gradvis vidgning (lössnölavin). Efter initiering accelererar laviner vanligtvis snabbt och växer i massa och volym när de drar med sig mer snö. Om lavinen rör sig tillräckligt snabbt kan en del av snön blandas med luften och bilda en pudersnölavin, som är en typ av gravitationsström . De förekommer i tre huvudmekanismer:
- Skivlaviner uppstår i snö som har deponerats, eller omsatt av vinden. De har det karakteristiska utseendet av ett block (skiva) av snö som är utskuret från dess omgivning genom sprickor. Dessa står för de flesta dödsfall i baklandet.
- Pudersnölaviner är resultatet av en deposition av färskt torrt puder och genererar ett pudermoln som ligger över en tät lavin. De kan överskrida hastigheter på 300 kilometer i timmen (190 mph) och massor av 10 000 000 ton (9 800 000 långa ton; 11 000 000 korta ton); deras flöden kan vandra långa sträckor längs plana dalbottnar och även uppför för korta sträckor.
- Våtsnölaviner är en låghastighetsupphängning av snö och vatten, med flödet begränsat till banans yta. Den låga färdhastigheten beror på friktionen mellan banans glidyta och det vattenmättade flödet. Trots den låga färdhastigheten (~10 till 40 kilometer i timmen (6 till 25 mph)) kan våtsnölaviner generera kraftfulla destruktiva krafter på grund av den stora massan och densiteten.
Smältande
Många floder som har sitt ursprung i bergiga eller hög latitudregioner får en betydande del av sitt flöde från snösmältning. Detta gör ofta flodens flöde mycket säsongsbetonat vilket resulterar i periodiska översvämningar under vårmånaderna och åtminstone i torra bergsregioner som berget väster om USA eller större delen av Iran och Afghanistan , mycket lågt flöde under resten av året. Däremot, om mycket av smältan kommer från glacierade eller nästan glacierade områden, fortsätter smältan under den varma årstiden, med toppflöden som inträffar i mitten till sensommaren.
Glaciärer
Glaciärer bildas där ansamlingen av snö och is överstiger ablation. Området där en alpin glaciär bildas kallas en cirque (corrie eller cwm), ett typiskt fåtöljformat geologiskt inslag, som samlar snö och där snöpackningen komprimeras under tyngden av på varandra följande lager av ackumulerande snö och bildar névé. Ytterligare krossning av de enskilda snökristallerna och minskning av instängd luft i snön förvandlar den till glaciäris. Denna glacialis kommer att fylla cirquen tills den svämmar över genom en geologisk svaghet eller en utrymningsväg, till exempel gapet mellan två berg. När massan av snö och is är tillräckligt tjock börjar den röra sig på grund av en kombination av ytlutning, gravitation och tryck. På brantare sluttningar kan detta inträffa med så lite som 15 m (50 fot) snöis.
Vetenskap
Forskare studerar snö i en mängd olika skalor som inkluderar fysiken för kemiska bindningar och moln ; distribution, ackumulering, metamorfos och ablation av snöpackningar; och snösmältningens bidrag till flodhydraulik och markhydrologi . Därvid använder de en mängd olika instrument för att observera och mäta de studerade fenomenen. Deras resultat bidrar till kunskap som tillämpas av ingenjörer , som anpassar fordon och strukturer till snö, av agronomer , som tar upp tillgången på snösmältning för jordbruket , och de som designar utrustning för sportaktiviteter på snö. Forskare utvecklar och andra använder snöklassificeringssystem som beskriver dess fysiska egenskaper på skalor som sträcker sig från den individuella kristallen till det aggregerade snöpacket. En underspecialitet är laviner , som är av intresse för både ingenjörer och utomhusidrottare.
Snövetenskapen tar upp hur snö bildas, dess fördelning och processer som påverkar hur snöpackningar förändras över tiden. Forskare förbättrar stormprognoser, studerar globalt snötäcke och dess effekt på klimat, glaciärer och vattenförsörjning runt om i världen. Studien inkluderar fysikaliska egenskaper hos materialet när det förändras, bulkegenskaper hos snöpackningar på plats och de sammanlagda egenskaperna hos områden med snötäcke. När de gör det använder de fysiska mättekniker på marken för att fastställa marksanning och fjärranalystekniker för att utveckla förståelse för snörelaterade processer över stora områden.
Mätning och klassificering
På fältet gräver snöforskare ofta ut en snögrop där de kan göra grundläggande mätningar och observationer. Observationer kan beskriva egenskaper som orsakas av vind, vattengenomträngning eller snölossning från träd. Vatten som tränger in i en snöpackning kan skapa flödesfingrar och grubblande eller strömma längs kapillärbarriärer, som kan återfrysa till horisontella och vertikala fasta isformationer i snöpacken. Bland de mätningar av egenskaperna hos snöpaket som den internationella klassificeringen för säsongsbetonad snö på marken inkluderar: snöhöjd, snövattenekvivalent, snöstyrka och snötäckets utbredning. Var och en har en beteckning med kod och detaljerad beskrivning. Klassificeringen utökar de tidigare klassificeringarna av Nakaya och hans efterföljare till relaterade typer av nederbörd och citeras i följande tabell:
Underklass | Form | Fysisk process |
---|---|---|
Graupel | Kraftigt kantade partiklar, sfäriska, koniska, hexagonala eller oregelbundna till formen | Kraftig rimning av partiklar genom ansamling av underkylda vattendroppar |
Hagel | Laminär inre struktur, genomskinlig eller mjölkaktigt glaserad yta | Tillväxt genom ansamling av underkylt vatten, storlek: >5 mm |
Ispellets | Transparenta, mestadels små sfäroider | Frysning av regndroppar eller återfrysning av till stor del smälta snökristaller eller snöflingor (slask). Graupel eller snöpellets inkapslade i tunt islager (litet hagel). Storlek: båda 5 mm |
Rimfrost | Oregelbundna avlagringar eller längre kottar och nålar som pekar mot vinden | Ansamling av små, underkylda dimdroppar frusna på plats. En tunn brytbar skorpa bildas på snöytan om processen fortsätter tillräckligt länge. |
Alla bildas i moln, förutom rim, som bildas på föremål som utsätts för underkyld fukt.
Den har också en mer omfattande klassificering av deponerad snö än de som avser luftburen snö. Kategorierna omfattar både naturliga och konstgjorda snötyper, beskrivningar av snökristaller när de omvandlas och smälter, utvecklingen av rimfrost i snöpackningen och isbildningen däri. Varje sådant lager i ett snöpack skiljer sig från de intilliggande lagren genom en eller flera egenskaper som beskriver dess mikrostruktur eller densitet, som tillsammans definierar snötypen och andra fysiska egenskaper. Sålunda måste, när som helst, typen och tillståndet för den snö som bildar ett lager definieras eftersom dess fysikaliska och mekaniska egenskaper beror på dem. Fysiska egenskaper inkluderar mikrostruktur, kornstorlek och form, snötäthet, innehåll av flytande vatten och temperatur.
När det gäller att mäta snötäcke på marken mäts vanligtvis tre variabler: snötäckets utbredning (SCE) — landområdet täckt av snö, snötäckets varaktighet (SD) — hur länge ett visst område är täckt av snö, och snöansamlingen, ofta uttryckt som snövattenekvivalent (SWE), som uttrycker hur mycket vatten snön skulle vara om allt smälte: den sista är ett mått på snöpackens volym. För att mäta dessa variabler används en mängd olika tekniker: ytobservationer, fjärranalys , landytemodeller och omanalysprodukter . Dessa tekniker kombineras ofta för att bilda de mest kompletta datamängderna.
Satellitdata
Fjärravkänning av snöpaket med satelliter och andra plattformar inkluderar vanligtvis multispektral insamling av bilder. En mångfacetterad tolkning av de erhållna uppgifterna tillåter slutsatser om vad som observeras. Vetenskapen bakom dessa avlägsna observationer har verifierats med grundstudier av de faktiska förhållandena.
Satellitobservationer registrerar en minskning av snötäckta områden sedan 1960-talet, då satellitobservationer började. I vissa regioner som Kina observerades en trend med ökande snötäcke från 1978 till 2006. Dessa förändringar tillskrivs globala klimatförändringar, som kan leda till tidigare smältning och mindre täckningsområde. I vissa områden ökar snödjupet på grund av högre temperaturer på breddgrader norr om 40°. För norra halvklotet som helhet har det genomsnittliga månatliga snötäcket minskat med 1,3 % per decennium.
De mest använda metoderna för att kartlägga och mäta snöutbredning, snödjup och snövattenekvivalent använder flera indata på det synliga-infraröda spektrumet för att härleda snöns närvaro och egenskaper. National Snow and Ice Data Center (NSIDC) använder reflektansen av synlig och infraröd strålning för att beräkna ett normaliserat skillnadssnöindex, vilket är ett förhållande mellan strålningsparametrar som kan skilja mellan moln och snö. Andra forskare har utvecklat beslutsträd som använder tillgängliga data för att göra mer exakta bedömningar. En utmaning för denna bedömning är där snötäcket är fläckigt, till exempel under perioder av ackumulering eller ablation och även i skogsområden. Molntäcke hämmar optisk avkänning av ytreflektans, vilket har lett till andra metoder för att uppskatta markförhållandena under moln. För hydrologiska modeller är det viktigt att ha kontinuerlig information om snötäcket. Passiva mikrovågssensorer är särskilt värdefulla för tidsmässig och rumslig kontinuitet eftersom de kan kartlägga ytan under moln och i mörker. I kombination med reflekterande mätningar utökar passiv mikrovågsavkänning de slutsatser som är möjliga om snöpackningen avsevärt.
Satellitmätningar visar att snötäcket har minskat i många delar av världen sedan 1978.
Modeller
Snövetenskap leder ofta till prediktiva modeller som inkluderar snöavlagring, snösmältning och snöhydrologi – delar av jordens vattenkretslopp – som hjälper till att beskriva globala klimatförändringar .
Globala klimatförändringsmodeller (GCM) inkluderar snö som en faktor i sina beräkningar. Några viktiga aspekter av snötäcke inkluderar dess albedo (reflektivitet av infallande strålning, inklusive ljus) och isolerande egenskaper, som bromsar hastigheten för säsongsbetonad avsmältning av havsis. Från och med 2011 ansågs smältfasen för GCM-snömodeller fungera dåligt i regioner med komplexa faktorer som reglerar snösmältningen, såsom vegetationstäcke och terräng. Dessa modeller härleder vanligtvis snövattenekvivalenter (SWE) på något sätt från satellitobservationer av snötäcke. Den internationella klassificeringen för säsongsbetonad snö på marken definierar SWE som "vattendjupet som skulle uppstå om snömassan smälte helt".
Med tanke på snösmältningens betydelse för jordbruket tar hydrologiska avrinningsmodeller som inkluderar snö i sina prognoser upp faserna av ackumulering av snöpackning, smältningsprocesser och distribution av smältvattnet genom strömnät och in i grundvattnet. Nyckeln till att beskriva smältprocesserna är solvärmeflöde, omgivningstemperatur, vind och nederbörd. Initiala snösmältningsmodeller använde en graddagarmetod som betonade temperaturskillnaden mellan luften och snöpackningen för att beräkna snövattenekvivalenten, SWE. Qm använder en energibalansansats som tar hänsyn till följande faktorer för att beräkna , den energi som är tillgänglig för smälta. Detta kräver mätning av en rad snöpacknings- och miljöfaktorer för att beräkna sex värmeflödesmekanismer som bidrar till Qm .
Effekter på civilisationen
Snö påverkar rutinmässigt civilisationen i fyra stora områden, transport, jordbruk, strukturer och sport. De flesta transportsätt hindras av snö på färdytan. Jordbruket förlitar sig ofta på snö som en källa till säsongsbunden fukt. Strukturer kan gå sönder under snöbelastningar. Människor hittar ett brett utbud av fritidsaktiviteter i snöiga landskap. Det påverkar också genomförandet av krigföring.
Transport
Snö påverkar ledningsrätten för motorvägar, flygfält och järnvägar. Snöplogen är gemensam för alla arbetare, även om vägbanor tar anti-isbildningskemikalier för att förhindra bindning av is och flygfält kanske inte ; Järnvägar förlitar sig på slipmedel för spårdragkraft.
Motorväg
I slutet av 1900-talet spenderades uppskattningsvis 2 miljarder dollar årligen i Nordamerika på vinterunderhåll på vägar, på grund av snö och andra vinterväderhändelser, enligt en rapport från Kuemmel från 1994. Studien undersökte praxis i jurisdiktioner inom 44 amerikanska delstater och nio kanadensiska provinser. Den utvärderade policyer, praxis och utrustning som används för vinterunderhåll. Den fann att liknande metoder och framsteg var vanliga i Europa.
Den dominerande effekten av snö på fordonets kontakt med vägen är minskad friktion. Detta kan förbättras med användning av snödäck , som har en slitbana utformad för att kompaktera snö på ett sätt som förbättrar greppet. Nyckeln till att upprätthålla en vägbana som kan ta emot trafik under och efter en snöhändelse är ett effektivt anti-isningsprogram som använder både kemikalier och plogning . Federal Highway Administration Manual of Practice for a Effective Anti-icing Program betonar "anti-icing" procedurer som förhindrar bindning av snö och is till vägen. Nyckelaspekter av praktiken inkluderar: förståelse av anti-isning i ljuset av den servicenivå som ska uppnås på en given vägbana, de klimatförhållanden som ska mötas och de olika rollerna för avisning, anti-isning och nötande material och applikationer, och använda "verktygslådor" mot isbildning, en för drift, en för beslutsfattande och en annan för personal. Elementen i verktygslådorna är:
- Drift – Tar upp applicering av fasta och flytande kemikalier, med olika tekniker, inklusive förvätning av kloridsalter. Den tar också upp plogningskapacitet, inklusive typer av snöplogar och blad som används.
- Beslutsfattande – Kombinerar väderprognosinformation med väginformation för att bedöma kommande behov av applicering av tillgångar och utvärdering av behandlingseffektivitet med pågående verksamhet.
- Personal – Inriktar sig på utbildning och utplacering av personal för att effektivt genomföra anti-icing-programmet, med hjälp av lämpligt material, utrustning och procedurer.
Manualen erbjuder matriser som adresserar olika typer av snö och snöfallshastigheten för att skräddarsy applikationer på ett lämpligt och effektivt sätt.
Snösängsel , som är konstruerade i motvind av vägbanor, kontrollerar snödrivning genom att få vindblåst, drivande snö att samlas på en önskad plats. De används även på järnvägar. Dessutom använder bönder och ranchägare snöstängsel för att skapa drivor i bassänger för en klar tillförsel av vatten på våren.
Flyg
För att hålla flygplatser öppna under vinterstormar kräver banor och taxibanor snöröjning. Till skillnad från vägar, där kemisk behandling med klorid är vanlig för att förhindra att snö binder sig till beläggningsytan, är sådana kemikalier vanligtvis förbjudna från flygplatser på grund av deras starkt korrosiva effekt på aluminiumflygplan. Följaktligen används ofta mekaniska borstar för att komplettera funktionen hos snöplogar. används fordon med stora plogblad, en grupp av plogfordon eller roterande snöplogar för att röja snö på banor och taxibanor. Terminalförkläden kan kräva att 6 hektar (15 acres) eller mer ska rensas.
Rätt utrustade flygplan kan flyga genom snöstormar under instrumentflygregler . Före start kräver de under snöstormar avisningsvätska för att förhindra ansamling och frysning av snö och annan nederbörd på vingar och flygkroppar, vilket kan äventyra säkerheten för flygplanet och dess passagerare. Under flygning förlitar sig flygplan på en mängd olika mekanismer för att undvika rim och andra typer av isbildning i molnen, dessa inkluderar pulserande pneumatiska stövlar , elektrotermiska områden som genererar värme och vätskeavisningsmedel som blöder ut på ytan.
Järnväg
Järnvägar har traditionellt använt två typer av snöplogar för att röja spår, kilplogen , som kastar snö åt båda sidor, och den roterande snöplogen, som är lämpad för att ta itu med kraftigt snöfall och kasta snö långt åt ena eller andra sidan. Före uppfinningen av den roterande snöplogen ca. 1865 krävde det flera lok för att köra en kilplog genom djup snö. Efter röjning av spåret med sådana plogar används en "flanger" för att röja snö mellan rälsen som ligger under räckhåll för de andra typerna av plog. Där nedisning kan påverka stål-till-stål-kontakten mellan lokomotivhjul på spår, har slipmedel (vanligtvis sand) använts för att ge dragkraft i brantare uppförsbackar.
Järnvägar använder snöskjul – strukturer som täcker banan – för att förhindra ansamling av tung snö eller laviner för att täcka spår i snöiga bergsområden, som Alperna och Klippiga bergen .
Lastbilar som plöjer snö på en motorväg i Missouri
Konstruktion
Snö kan komprimeras för att bilda en snöväg och vara en del av en vintervägsträcka för fordon att komma åt isolerade samhällen eller byggprojekt under vintern. Snö kan också användas för att tillhandahålla stödstruktur och yta för en landningsbana, som med Phoenix Airfield i Antarktis. Den snökomprimerade landningsbanan är konstruerad för att klara cirka 60 flygningar på hjul med tunga militärflygplan per år.
Lantbruk
Snöfall kan vara fördelaktigt för jordbruket genom att fungera som en värmeisolator , bevara jordens värme och skydda grödor från underfryst väder. Vissa jordbruksområden är beroende av en ansamling av snö under vintern som kommer att smälta gradvis på våren, vilket ger vatten för växtodling, både direkt och via avrinning genom bäckar och floder, som försörjer bevattningskanaler. Följande är exempel på floder som är beroende av smältvatten från glaciärer eller säsongsbetonat snöpackning som en viktig del av deras flöde som bevattning beror på: Ganges, vars bifloder många stiger i Himalaya och som ger mycket bevattning i nordöstra Indien , Indusfloden , som reser sig i Tibet och förser Pakistan med bevattningsvatten från snabbt retirerande tibetanska glaciärer, och Coloradofloden, som tar emot mycket av sitt vatten från säsongsbetonad snöpackning i Klippiga bergen och ger bevattningsvatten till cirka 4 miljoner hektar (1,6 miljoner hektar).
Strukturer
Snö är en viktig faktor vid belastningar på konstruktioner. För att ta itu med dessa använder europeiska länder Eurocode 1: Actions on structures - Del 1-3: Allmänna åtgärder - Snölaster . I Nordamerika ger ASCE Minimal Design Loads for Buildings and Other Structures vägledning om snölaster. Båda standarderna använder metoder som översätter maximala förväntade marksnölaster till designlaster för tak.
Tak
Snölaster och isbildning är två huvudfrågor för tak. Snölaster är relaterade till klimatet där en konstruktion är placerad. Isbildning är vanligtvis ett resultat av att byggnaden eller strukturen genererar värme som smälter snön som ligger på den.
Snölaster – Minsta konstruktionsbelastningar för byggnader och andra konstruktioner ger vägledning om hur man översätter följande faktorer till taksnölaster:
- Marksnölaster
- Exponering av taket
- Takets termiska egenskaper
- Formen på taket
- Drifting
- Byggnadens betydelse
Den ger tabeller för marksnölaster per region och en metodik för att beräkna marksnölaster som kan variera med höjden från närliggande, uppmätta värden. Eurocode 1 använder liknande metoder, som börjar med snölaster från marken som är tabellerade för delar av Europa.
Isingar – Tak måste också utformas för att undvika isdammar , som är resultatet av att smältvatten rinner under snön på taket och fryser vid takfoten. Isdammar på tak bildas när ackumulerad snö på ett sluttande tak smälter och rinner ner i taket, under det isolerande snötäcket, tills det når luft under fryspunkten, vanligtvis vid takfoten . När smältvattnet når den iskalla luften samlas is som bildar en fördämning och snö som smälter senare kan inte rinna ordentligt genom dammen. Isdammar kan resultera i skadade byggmaterial eller skada eller personskada när isdammen faller av eller från försök att ta bort isdammar. Smältningen beror på att värme passerar genom taket under det mycket isolerande snölagret.
Verktygsledningar
I områden med träd är distributionsledningar på stolpar mindre känsliga för snöbelastningar än de utsätts för skador från träd som faller på dem, fällda av tung, våt snö. På andra håll kan snö ansamlas på kraftledningar som "hylsor" av rimis. Ingenjörer designar för sådana belastningar, som mäts i kg/m (lb/ft) och kraftbolag har prognossystem som förutser vädertyper som kan orsaka sådana ackretioner. Rim is kan avlägsnas manuellt eller genom att skapa en tillräcklig kortslutning i det berörda segmentet av kraftledningar för att smälta ansamlingarna.
Sport och rekreation
Snö siffror in i många vintersporter och former av rekreation, inklusive skidåkning och pulka . Vanliga exempel inkluderar längdskidåkning , alpin skidåkning , snowboardåkning , snöskor och snöskoter . Utformningen av den använda utrustningen, t.ex. skidor och snowboards, förlitar sig vanligtvis på snöns bärighet och kämpar med friktionskoefficienten som bär på snö.
Skidåkning är den överlägset största formen av vinterrekreation. Från och med 1994, av de uppskattade 65–75 miljoner skidåkare världen över, fanns det cirka 55 miljoner som ägnade sig åt alpin skidåkning , resten ägnade sig åt längdskidåkning . Ungefär 30 miljoner skidåkare (av alla slag) var i Europa, 15 miljoner i USA och 14 miljoner i Japan. Från och med 1996 fanns det enligt uppgift 4 500 skidområden, som driver 26 000 skidliftar och åtnjuter 390 miljoner skidåkarbesök per år. Den dominerande regionen för utförsåkning var Europa, följt av Japan och USA.
Skidorter förlitar sig i allt högre grad på snötillverkning , produktion av snö genom att tvinga vatten och tryckluft genom en snöpistol i skidbackarna. Snötillverkning används främst för att komplettera naturlig snö på skidorter . Detta gör att de kan förbättra tillförlitligheten i sitt snötäcke och förlänga sina skidsäsonger från sen höst till tidig vår. Produktionen av snö kräver låga temperaturer. Tröskeltemperaturen för snötillverkning ökar när luftfuktigheten minskar. Wet-bulb temperatur används som ett mått eftersom det tar hänsyn till lufttemperatur och relativ fuktighet. Snötillverkning är en relativt dyr process i sin energiförbrukning, vilket begränsar dess användning.
Skidvax förbättrar förmågan hos en skida (eller annan löpare) att glida över snö genom att minska dess friktionskoefficient, vilket beror på både snöns och skidans egenskaper för att resultera i en optimal mängd smörjning från att smälta snön genom friktion med skidan – för lite och skidan samverkar med fasta snökristaller, för mycket och kapillär attraktion av smältvatten fördröjer skidan. Innan en skida kan glida måste den övervinna den maximala statiska friktionen. Kinetisk (eller dynamisk) friktion uppstår när skidan rör sig över snön.
Krigföring
Snö påverkar krigföring som bedrivs i vinter, alpina miljöer eller på höga breddgrader. Huvudfaktorerna är försämrad sikt för att få tag på mål under fallande snö, förbättrad sikt för mål mot snöiga bakgrunder för målinriktning och rörlighet för både mekaniserade trupper och infanteritrupper . Snöfall kan också allvarligt hämma logistiken för att försörja trupper . Snö kan också ge täckning och befästning mot handeldvapeneld. Noterade vinterkrigföringskampanjer där snö och andra faktorer påverkade verksamheten inkluderar:
- Den franska invasionen av Ryssland , där dåliga dragförhållanden för illa skodda hästar gjorde det svårt för förrådsvagnar att hålla jämna steg med trupperna. Den kampanj var också starkt påverkad av kyla, varvid den retirerande armén nådde Nemanfloden i december 1812 med endast 10 000 av de 420 000 som hade gett sig ut för att invadera Ryssland i juni samma år.
- Vinterkriget , ett försök av Sovjetunionen att ta territorium i Finland i slutet av 1939, visade finska arméns överlägsna vintertaktik, angående rörlighet för översnö, kamouflage och användning av terrängen.
- Battle of the Bulge , en tysk motoffensiv under andra världskriget , som började den 16 december 1944, präglades av häftiga snöstormar som hämmade allierat luftstöd för marktrupper, men också försämrade tyska försök att försörja deras frontlinjer. På östfronten med den nazistiska invasionen av Ryssland 1941, Operation Barbarossa , fick både ryska och tyska soldater utstå fruktansvärda förhållanden under den ryska vintern . Medan användning av skidinfanteri var vanligt i Röda armén, bildade Tyskland bara en division för rörelse på skidor.
- Koreakriget som varade från den 25 juni 1950 till en vapenstillestånd den 27 juli 1953 började när Nordkorea invaderade Sydkorea . Mycket av striderna inträffade under vinterförhållanden, med snö, särskilt under slaget vid Chosin-reservoaren , som var ett skarpt exempel på att kyla påverkade militära operationer, särskilt fordon och vapen.
Bivack av Napoleons Grande Armée , under vinterns reträtt från Moskva
Finska skidtrupper under invasionen av Finland av Sovjetunionen
Arméfordon som klarar snö under slaget vid utbuktningen under andra världskriget .
Norska militära förberedelser under 2009 års Cold Response- övning
United States Navy SEALs tränar för vinterkrigföring vid Mammoth Mountain , Kalifornien .
Effekter på växter och djur
Växter och djur som är endemiska i snöbundna områden utvecklar sätt att anpassa sig. Bland de adaptiva mekanismerna för växter är frysadaptiv kemi, dvala, säsongsbetonad döende, överlevnad av frön; och för djur är viloläge, isolering, frysskyddskemi, lagring av mat, utnyttjande av reserver inifrån kroppen och gruppering för ömsesidig värme.
Snö samverkar med vegetation på två huvudsakliga sätt, vegetation kan påverka nedfallet och kvarhållandet av snö och omvänt kan förekomsten av snö påverka utbredningen och tillväxten av vegetationen. Trädgrenar, särskilt av barrträd , fångar upp fallande snö och förhindrar ansamling på marken. Snö som hänger i träd avtar snabbare än på marken, på grund av sin större exponering för sol och luftrörelser. Träd och andra växter kan också främja snöhållning på marken, som annars skulle blåsa någon annanstans eller smälta av solen. Snö påverkar växtligheten på flera sätt, närvaron av lagrat vatten kan främja tillväxten, men den årliga tillväxten är beroende av snöpackningens avgång för de växter som är begravda under den. Dessutom kan laviner och erosion från snösmältning rensa terräng av vegetation.
Snö stöder en mängd olika djur både på ytan och under. Många ryggradslösa djur trivs i snö, inklusive spindlar , getingar , skalbaggar , snöskorpionflugor och springtails . Sådana leddjur är vanligtvis aktiva vid temperaturer ner till -5 °C (23 °F). Ryggradslösa djur delas in i två grupper, vad gäller att överleva under frystemperaturer: fryståliga och de som undviker frysning eftersom de är fryskänsliga. Den första gruppen kan vara köldhärdig på grund av förmågan att producera frostskyddsmedel i sina kroppsvätskor som tillåter överlevnad vid lång exponering för förhållanden under minusgrader. Vissa organismer fastar under vintern, vilket driver ut fryskänsligt innehåll från matsmältningsorganen. Förmågan att överleva frånvaron av syre i is är en ytterligare överlevnadsmekanism.
Små ryggradsdjur är aktiva under snön. Bland ryggradsdjur alpina salamandrar aktiva i snö vid temperaturer så låga som -8 °C (18 °F); de gräver ner sig till ytan på våren och lägger sina ägg i smältdammar. Bland däggdjur är de som förblir aktiva vanligtvis mindre än 250 gram (8,8 oz). Allätare är mer benägna att gå in i en torpor eller övervintra , medan växtätare är mer benägna att behålla matförråd under snön. Sork lagrar upp till 3 kg (6,6 lb) mat och pikas upp till 20 kg (44 lb). Sorkarna kryper också i gemensamma bon för att dra nytta av varandras värme. På ytan vargar , prärievargar , rävar , lodjur och vesslor på dessa underjordiska invånare för att få mat och dyker ofta ner i snösäcken för att hitta dem.
Utanför jorden
Utomjordisk "snö" inkluderar vattenbaserad nederbörd, men också nederbörd av andra föreningar som är vanliga på andra planeter och månar i solsystemet . Exempel är:
- På Mars visar observationer av Phoenix Mars-landaren att vattenbaserade snökristaller förekommer på höga breddgrader. Dessutom koldioxid ut från moln under marsvintrarna vid polerna och bidrar till en säsongsbetonad avlagring av den föreningen, som är den huvudsakliga komponenten i den planetens inlandsisar .
- På Venus avslöjar observationer från rymdfarkosten Magellan närvaron av ett metalliskt ämne, som faller ut som " Venus snö " och lämnar ett mycket reflekterande ämne på toppen av Venus högsta bergstoppar som liknar markbunden snö. Med tanke på de höga temperaturerna på Venus är de ledande kandidaterna för fällningen blysulfid och vismut(III)sulfid .
- På Saturnus måne Titan , Cassini-Huygens rymdskeppsobservationer tyder på närvaron av metan eller någon annan form av kolvätebaserade kristallina avlagringar.
Se även
Lexikon
Anmärkningsvärda snöhändelser
- 2007 Sibirisk orange snö
- Alberta klippare
- Lista över snöstormar
- Lista över de snöigaste platserna i USA efter stat
Rekreation
Relaterade begrepp
Vetenskap och vetenskapsmän
Snöstrukturer
externa länkar
- FN:s miljöprogram: Global Outlook for Ice and Snow Arkiverad 8 juni 2007 på Wayback Machine
- Institutet för lågtemperaturvetenskap, Hokkaido University
- Schweiziska federala institutet för skog-, snö- och landskapsforskning
- National Snow and Ice Data Center i USA
- American Society of Civil Engineers mark snö laddar interaktiv karta för den kontinentala USA