Сделай Сам Свою Работу на 5

Свойства снежного покрова

 

Снежный покров обладает следующими свойствами. Отражательная способность его колеблется от 80—90% у свежевыпавшего снега до 30—40% у старого снега в период таяния. Среди важнейших свойств снежного покрова, прежде всего, следует отметить плотность, которая, в свою очередь, определяет многие другие его характеристики. Она изменяется в широких пределах, от 10 до 700 кг/м3, в зависимости от вида снега, географического положения, времени года. Например, повышенная плотность снежного покрова отмечается в открытой местности по сравнению с лесом, в период снеготаяния и в снежниках. Увеличение плотности снега зависит от продолжительности его залегания, а внутри снежной толщи — от глубины. При ее измерении устанавливают среднюю величину для всей снежной толщи. К концу зимы плотность снежного покрова варьирует в лесной зоне от 220 до 360 кг/м3, а к концу периода снеготаяния может достигать 700 кг/м3. Из-за малой плотности снежного покрова (0,05—0,1 г/см3 - у свежевыпавшего снега, 0,3—0,4 г/см3 у сухого снега в конце зимы, 0,5—0,6 г/см3 у многолетнего снега на ледниках) велика его теплопроводность.

Снежный покров характеризуется слоистостью и зернистостью.

Слоистость образуется в результате перерывов в отложении снега, когда происходит загрязнение поверхности и формирование на ней корок и наста.

Зернистость возникает вследствие процессов перекристаллизации снежной толщи — превращения пластинчатых и столбчатых снежинок в бесформенные зёрна разной величины. На протяжении зимы снежный покров оседает и уплотняется. Разрезы снежного покрова к концу зимы отражают историю прошедших снегопадов и сопровождавших их состояний погоды, запасы тепла в подстилающих грунтах. При значительных перепадах температуры внутри снежный покров и отдельные его слои подвергаются разрыхлению, что ослабляет связи между ними.

Снежный покров является пористым объектом вследствие наличия промежутков между кристаллами льда. Пористость снежного покрова изменяется по мере его уплотнения от 98 до 20%. Перед началом снеготаяния она составляет около 70%. От пористости снежного покрова зависит его воздухопроницаемость. Уплотнение снежной толщи, образование внутри нее корок, а также увеличение водной фракции вызывает снижение воздухопроницаемости. Подобным же образом структура снежного покрова определяет его водопроницаемость. Из-за горизонтального расположения слоев скорость фильтрации воды в горизонтальном и вертикальном направлениях различна. Водопроницаемости обратно пропорциональна водоудерживающая способность снега — наибольшее количество воды всех форм, которое снежный покров способен удержать в себе после смачивания до полной влагоемкости и свободного стекания гравитационной воды. Сухой свежевыпавший снег способен удерживать 45—35% воды от общей массы снега с водой, а крупнозернистый плотный снег (430 кг/м3) только 15%.



Важной характеристикой снега является его влажность — количество жидкой воды, которое снежный покров содержит в данный момент во всех формах.

Под термическими свойствами снега понимаются свойства, определяющие процесс перераспределения тепла в снежном покрове и теплообмен с окружающей средой. Основные термические свойства снега— коэффициент теплопроводности и температуропроводности, теплоемкость, теплота плавления, испарения, конденсации, возгонки и сублимации. Около 75% тепла в снежном покрове передается через ледяной скелет, 3% через воздух путем молекулярной и турбулентной теплопроводности и 22% через воздух и лед. Увеличение коэффициентов тепло- и температуропроводности происходит при увеличении плотности снега.

Коэффициент теплопроводности снежного покрова на период максимума снегонакопления на порядок меньше такового у льда и втрое меньше, чем у воды, однако на порядок больше, чем у воздуха. Это превращает снежный покров в хороший изолятор: суточные колебания температуры затухают на глубине 30—40 см (у старого снега — на глубине 50 см). При таянии снега колебания температуры происходят только до глубины слоя пропитывания снега водой. Температура тающего слоя остается неизменной, что приводит к размерзанию почвы только после схода снега. Теплоемкость снега возрастает при увеличении его плотности[18, с. 113-114].

Радиационные свойства снега заключаются в его способности отражать, рассеивать и поглощать солнечную радиацию, а также его способности к излучению. Отражающие способности поверхности снежного покрова характеризует альбедо снежного покрова. Оно значительно выше у снежного покрова, чем у льда и, тем более, у воды, и зависит от многих факторов: спектрального состава солнечной радиации, высоты Солнца, состояния снежного покрова. Эти факторы определяют вариации альбедо от 0,98 у свежевыпавшего снега до 0,20 у загрязненного и влажного снега. Снег неравномерно отражает солнечную радиацию в различных частях ее спектра: в крайних частях альбедо меньше, чем в видимой части.

Часть солнечной радиации рассеивается в снежном покрове. Степень этого рассеивания зависит от состояния снега. В сухом снеге солнечная радиация проникает глубже (до 80 см), а в мокром ограничивается 30 сантиметрами. Мерой ослабления солнечной радиации при прохождении через снег служит коэффициент экстинкции. Чем он выше, тем более тонким слоем идет поглощение солнечной радиации.

Интенсивное поглощение солнечной радиации верхними слоями снежного покрова, особенно ближе к окончанию зимы, приводит к оплавлению кристаллов и формированию ледяной корки. Данная корка в сочетании с тем, что снег поглощает длинноволновую радиацию, способствует возникновению парникового эффекта снеготаяния (таяния снега при отрицательной температуре). Собственная излучательная способность снега высокая. При этом она снижается по мере старения снега.

От радиационных свойств зависит радиационный баланс снежного покрова. Радиационный оборот тепла у снежного покрова небольшой. Это связано с тем, что днем из-за высокого альбедо он получает мало радиации, а ночью подвод тепла от подстилающей поверхности незначителен из-за малой теплопроводности снега.

Электрические свойства снега зависят от температуры, плотности, структуры снега и соотношения его фазовых состояний, частоты электромагнитных волн. В сухом состоянии снег является диэлектриком, но при увеличении влажности его электрическое сопротивление падает[1, с. 31].

Акустические свойства снега проявляются в его способности генерировать и проводить звуковые колебания. Скорость распространения звука в снежном покрове зависит от его плотности, влажности, температуры, структуры, а также характеристик самого звука. Передача звука в снежном покрове происходит различными способами — в основном через воздушные поры (медленная волна) и ледяной скелет (быстрая волна). При увеличении плотности снега скорость медленной волны падает, а быстрой растет. В свежевыпавшем снеге скорость распространения звуковой волны растет с увеличением температуры. Звуки, возникшие в снежном покрове, плохо передаются в атмосферу. Передвижение по снегу создает скрип, который слышен при температурах от -2 до -20°С.

К механическим свойствам снега относятся упругие свойства и прочность снега. Они зависят от внутреннего сцепления и трения в снегу, его жесткости, пластичности, ползучести, вязкости. Механические свойства снега определяют условия передвижения по снежному покрову, устойчивость снежного покрова на склоне и, как следствие, вероятность возникновения лавин. Информация о механических свойствах снега важна при использовании его в качестве строительного материала.

В вертикальном строении снежного покрова наблюдается чередование слоев, для которых характерны различная текстура и другие физические свойства, что определяется отложением снега в разных условиях и последующим развитием снежной толщи. Слои отличаются друг от друга по форме, толщине, характеру границ, размеру зерен, включений. Под влиянием внешних условий в снежном покрове часто развиваются различного рода корки: гололедная, ветровая, радиационная, ледяная. Стратиграфическое исследование снежной толщи является обязательным элементом изучения снежного покрова. В течение периода существования снежный покров изменяет свои физико-механические свойства. Источниками энергии метаморфизма снега являются внутренняя энергия самого снега и внешние источники энергии (гелио- и геотепловые, механические). К механическим факторам относятся сила тяжести и ветер. В метаморфизме снега выделяется три стадии: деструктивный метаморфизм, сопровождающийся округлением отложенных кристаллов снега; конструктивный метаморфизм, характеризующийся собирательной перекристаллизацией; регрессионный метаморфизм — нарушение устойчивости конечных форм кристаллов, образованных в процессе конструктивного метаморфизма.

Автометаморфизм (с использованием внутренней энергии) снега протекает под действием таких процессов, как режеляция, рекристаллизация, возгонка и сублимация. Режеляция (повторное смерзание) заключается в плавлении и повторном смерзании ледяных кристаллов, образующих снежинки, под влиянием удельного давления. Наибольшая интенсивность этого процесса наблюдается при температуре, близкой к 0°С.

Рекристаллизация представляет собой физический процесс, при котором атомы молекул переходят с кристаллической решетки одного кристалла на решетку другого кристалла и обусловливают срастание отдельных кристаллов (снежинок). Таким образом, крупные кристаллы растут за счет мелких.

Процесс перехода вещества из твердой фазы в газообразную, минуя жидкую, называют возгонкой, а обратный процесс кристаллизации вещества из пара — сублимацией.

В горах выше снеговой линии происходит фирнизация снега, то есть превращение его в фирн (ледяная порода зернистой структуры). Этот процесс происходит посредством режеляции при нулевой температуре и посредством рекристаллизации при отрицательной.

При внешнем источнике энергии наблюдаются процессы оседания снега, сублимационного (диафторез) и динамометаморфизма. С оседанием связано уплотнение снега. Сублимационный диафторез сопровождается разрыхлением снега, особенно в горизонтах температурных скачков, и формированием снега-плывуна. Под влиянием внешних динамических воздействий, температурных колебаний и собственной массы отмечается динамометаморфизм, который ведет к изменению петрографической структуры снега.

Снежный покров подразделяют по критерию продолжительности залегания на временный, который существует несколько часов или дней, и устойчивый, лежащий в течение всей зимы. В распределении снежного покрова отмечается зональность. Климат, рельеф, растительный покров являются факторами его формирования. Существенную роль в распределения снега играет его ветровой перенос, поэтому в ландшафтах с высокими приземными скоростями ветра снежный покров залегает крайне неравномерно. В горах фактором распределения снежного покрова также являются лавины.

Снеготаяние, которое начинается после установления в снежной толще нулевой температуры, происходит по двум вариантам — адвективный тип снеготаяния, протекающий за счет тепла воздуха или конденсирующегося на поверхности снега водяного пара, и радиационный тип снеготаяния, связанный с проникновением солнечной радиации в снежную толщу. Скорость снеготаяния, определяемая как количество образованной талой воды на единицу площади в единицу времени, на равнинах средних широт составляет в среднем 8—12 мм/сут. Начало и окончание снеготаяния могут служить важными фенологическими показателями климатических изменений[6,с.89-90].

Везде в зоне формирования устойчивого снежного покрова развиваются снежники — чаще всего неподвижные скопления снега и льда, сохраняющиеся в течение части или всего теплого периода. Главными факторами образования снежников являются метели (навеянные снежники) и лавины (лавинные снежники). По критерию продолжительности существования снежники подразделяются на три типа — весенние, летние и перелетки. Снежники служат индикатором преобладающих ветров и лавинной опасности. Снежники-перелетки могут служить показателем изменения климата.

Научные и прикладные аспекты снежного покрова изучает снеговедение, являющееся частью гляциологии.



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.