Снежный покров и метели, их климатическое значение

Радиационные свойства снега

Очень своеобразны особенности теплообмена снега с окружающей средой, осуществляемого в форме лучистой энергии.

Снег поглощает и отражает солнечные лучи, то есть прямую солнечную радиацию. Но на поверхность снежного покрова попадает не вся радиация, непосредственно излучаемая Солнцем. Проходя атмосферу, она ослабляется и частично расс

еивается капельками воды, пыли, газами воздуха. Некоторая доля рассеянной солнечной радиации возвращается в Космос, но заметная ее часть попадает на земную поверхность. Достигающие снега прямая и рассеянная радиации составляют полную, или суммарную, солнечную радиацию.

Солнечная радиация имеет широкий диапазон длин волн – от коротковолновых фиолетовых лучей до длинноволновых красных, включая ультрафиолетовую и инфракрасную части спектра.

Излучает не только Солнце, но и сама Земля, и ее атмосфера, подчиняясь общему закону Стефана-Больцмана для изучения любых тел.

Изучение атмосферы и поверхности Земли преимущественно «красное», длинноволновое. Снег поглощает и отражает все перечисленные виды радиации (Дюнин, 1983).

Однако снег не может только поглощать и отражать внешние потоки радиационной энергии, не излучая сам. Он в любых условиях, даже при жесточайших морозах, излучает длинноволновую инфракрасную радиацию, невидимую глазом.

Каков же коэффициент излучательной способности для снега?

Снег излучает почти точно так же, как абсолютно черное тело. Более того, снег в этом смысле наиболее «черен» по сравнению со всеми другими природными образованиями на поверхности Земли.

П.П. Кузьмин объясняет это свойство тем, что поверхность снежного покрова имеет огромное количество пор сложной формы с очень маленькими «выходами» на поверхность. Известно, что можно создать искусственную модель абсолютно черного тела в виде так называемого «черного поглотителя», взяв сосуд с небольшим входным отверстием. Через него лучи проникают и выходят, претерпевая множество отражений, намного ослабляющих их энергию. Например, раскрытые окна домов, малые в сравнении с размерами комнат, извне кажутся черными, независимо от цвета комнатных стен. Поры снежного покрова играют, по-видимому, роль таких черных поглотителей (Дюнин, 1983).

Коэффициент излучательной способности «стареющего» снежного покрова падает, так как уменьшается количество поровых отверстий, выходящих на поверхность. Сами отверстия становятся крупнее за счет укрупнения зерен снега и его фирнизации. Долго пролежавший, тусклый и даже грязный снег оказывается «белее» свежевыпавшим!

Полнота поглощения снегом потоков радиационной энергии зависит от прозрачности снега, от его светопроницаемости. По П.П. Кузьмину, солнечные лучи способны пронизывать снег на глубину до 30 – 70 см в зависимости от его структуры, плотности, влажности и чистоты. Зимой сухой снежный покров глубиной 0,5 м и более можно считать практически непроницаемым для солнечной радиации. Мокрый весенний снег непроницаем для лучей при толщине 10 – 30.

Коэффициент отражения солнечной радиации (альбедо снега), как правило, очень велик. Для плотного чистого снега он колеблется от 0,85 до 0,95, а в Арктике и Антарктике альбедо снега достигает 0,98, т.е. почти вся энергия солнечной радиации, падающая на снег, им отражается и большей частью уходит безвозвратно в Космос. Это приводит к значительному охлаждению территории.

Снег отражает солнечные лучи не как зеркало, расположенное горизонтально, а как матовая поверхность, равномерно рассеивающая свет вовсе стороны. Это объясняется разнообразной ориентировкой множества поверхностных снежинок. Лишь не более 3% всех кристалликов случайно оказываются наклоненными почти горизонтально. Только они отражают лучи зеркально, вызывая всем знакомый эффект искристости снега: видны крупные блестки, отливающие иногда цветами радуги. Искристость снега в лунные ночи создает неизгладимое впечатление (Дюнин, 1983)!

Классификация метелей

Любая наука, становясь на ноги, прежде всего, создает свой язык, терминологию, классификацию изучаемых ею фактов. «Метелеведение» практически не имело своего общепризнанного языка, классификаций вплоть до пятидесятых годов нашего столетия.

Метелью называется атмосферное явление, состоящее в переносе снега более или менее сильным ветром.

Метель – очень сложное природное явление. Ветровой поток с включением снега ведет себя иначе, чем чистый ветер, так как метелевые снежинки влияют на скорость и турбулентность ветра. В метели принимают участие как снег, отложенный на поверхности земли, так и зародившийся в облаках и еще не достигший земли. Проведение и закономерности метелей существенно зависят от рельефа (орографии) местности. Наконец, действие метели определяется силой ветра, массой поднятого им снега и характером движения метелевых снежинок. Поэтому метели в настоящее время классифицируются по нескольким признакам (Дюнин, 1983).

По признаку источника появления несомых ветром снежинок различают:

1. верховую метель – снегопад при ветре до приземления атмосферных снежинок, после чего они становятся уже частицами снежного покрова. В верховой метели участвуют только атмосферные снежинки. Верховая метель в чистом виде наблюдается, например, если снег выпадает при ветре над кустарником, лесом, незамерзшим водоемом. Верховая метель условно отличается от спокойного снегопада по скорости ветра. Снегопад считается спокойным, если скорость ветра на высоте 10 м (примерная высота флюгеров метеорологических станций) не превышает 3 м/с;

2. низовую метель, при которой снег поднимается ветром с поверхности снежного покрова. Если перенос снега ветром ограничивается самым нижним слоем атмосферы, непосредственно над снежным покровом (несколько сантиметров или дециметров), явление называют поземкой.

3. общую метель, когда снег выпадает при достаточно сильном ветре и практически нельзя различить, в какой мере ветер переносит выпадающий снег, а в какой мере он срывает снег с поверхности снежного покрова (Хромов, 2004).

Метели могут приводить к перераспределению снежного покрова в горизонтальном направлении, к накапливанию сугробов снега у препятствий, к снежным заносам на дорогах и др. Особенно сильны они в России (пурга, буран), в Северной Америке (где сильные метели носят название близзардов), в Арктике и Антарктике. На окраинах Антарктического материка, где скорость ветра очень велика и снежный покров зимой сухой и рыхлый, метели достигают особенно большой силы.

Для низовой метели помимо скорости ветра важно состояние снежного покрова. Если температуры близки к нулю и снежный покров, слежавшийся и влажный, срыв снега ветром с поверхности покрова затруднен или невозможен. Особенно неблагоприятно для развития метели образование наста на поверхности снежного покрова. Таким образом, низовая метель наиболее вероятна при свежевыпавшем снеге и довольно низких температурах воздуха.

Для общей метели нужно сочетание достаточно сильного ветра со снегопадом, в особенности обложным. При ливневом снеге метель может быть сильной, но непродолжительной (Хромов, Петросянц, 2004).

 Скачать реферат