Sníh a sněhová pokrývka, zimní „klimatologie“
Sníh • Vznik okolo mrznoucích kondenzačních jader v plně saturované atmosféře při teplotách hluboko pod bodem mrazu
Ostatní zimní hydrometeory • Námraza – ledová hmota tvořící se namrzáním podchlazených kapiček vody • jinovatka – „krystalizací“ vodní páry za mrazu
Sněhová pokrývka • Snowpack, snow cover, snow layer • vrstvy různé mocnosti (mm–dm–m) a různých vlastností • náhodně orientované sněhové vločky a ledová zrna, póry vyplněné vzduchem a vodní párou, při teplotách okolo 0°C i volnou vodou • teploty okolo bodu tání vysoká mobilita molekul metamorfóza sněhu
Teplotně-izolační kapacita • Průměrná hustota sněhu: čerstvý prašan 0.05–0.1 g/cm3, firn 0.4 g/cm3, ledovcový led 0.83–0.91 g/cm3, čistý led 0.92 g/cm3 • tepelná vodivost přímo úměrná hustotě (nepřímo izolační schopnosti) • index teplotní izolace – IT = Σ(z/G), z–výška (cm) a G–hustota (g/cm3) jednotlivých vrstev
Teplotně-izolační kapacita • Modifikace podmínek ve sněhovém profilu teplotní gradient • za radiačního počasí většinou v rozmezí 0.2°–0.3°C/cm Teplota [°C] 0
-1
-2
-3
-4
-5
Hloubka sněhu [cm]
0
50
100
150 Mrtvý les 200
Živý les Paseka
250
-6
Energetická bilance • Energetická bilance – skupenské teplo sublimace (2833 J/g) a tání (333 J/g) sink a redistribuce E • radiační tok, kondukce (sníh-půda), konvekce a advekce (míchání a tok látek – vzduch, déšť), fázové změny (sublimace, tání/tuhnutí)
Energetická bilance
Radiační tok • Krátkovlnné záření (viditelné světlo) – vysoké albedo (radiační štít) vliv na globální klima • albedo – funkcí velikosti zrn, hladkosti povrchu, přítomnosti vegetace …
Radiační tok • Intenzita záření tělesa I = εσT4 [W.m–2] – s teplotou roste intenzita záření – spektrální posun záření
• sníh je téměř ideální „černé těleso“ pro dlouhovlnné (tepelné) záření (emisivita ε = 0.96–0.99) – absorpce až 99% dlouhovlnného záření z okolí (atmosféra, objekty) – zpětná radiace dlouhovlnného záření do okolí
Radiační tok • Radiační počasí v noci – ochlazování povrchu sněhu inverzní teplotní stratifikace vzduchu • ice fog – kondenzace a krystalizace vodní páry v podchlazeném vzduchu, možnost smogových situací
?
Radiační bilance
Radiační bilance • Roční bilance ekosystémů výrazně ovlivněna sněhovou pokrývkou
Turbulentní toky a advekce • Turbulentní toky – dominantní za oblačného počasí, zahrnují míchání vzduchu, určující je vlhkostní a teplotní gradient – latentní teplo – kondenzace a sublimace, pocitové (sensible) teplo – konvekce
• advekce – dešťová voda → výměna tepla uvnitř pokrývky
deficit tlaku vodní páry ve vzduchu → sublimace
Destruktivní metamorfóza • Equi-temperature – přeskupování molekul na povrchu sněhové vločky ztráta jemné krystalové struktury – nepravidelně hranatá zrna více méně kulovitá ledová zrna
• sesedání pokrývky vlastní vahou sněhu
Konstruktivní metamorfóza • Temperature-gradient – migrace vodní páry saturační rovnováha (100% relativní vlhkost při povrchu) – kondenzace na krystalech v horních vrstvách růst a překrystalování – růst krystalů (2–10 mm) a současně pórů při povrchu půdy (dutinová jinovatka) – povrchová jinovatka – rekrystalizace sublimační vodní páry na povrchu
Melt-freeze metamorfóza • Promrzlá sněhová pokrývka – při povrchových teplotách ≥0°C (radiace) a/nebo za deště – perkolace vody do spodních vrstev opětovné zmrznutí (latentní teplo) tepelná pumpa
• déšť x mlha – teplo dodané deštěm úměrné teplotě a latentnímu teplu – tání 333 J/g << kondenzace 2500 J/g kondenzací vodní páry (za mlhy) sníh taje relativně rychleji než za deště
Světelné podmínky pod sněhem • Sluneční záření pod sněhem – značný biologický význam fenologie rostlin, reprodukční chování malých savců, kryofilní org. • extinkce přibližně podle Lambert-Beerova zákona, back-scatter
Fotosyntéza
Fotosyntéza
Světelné podmínky pod sněhem
Distribuce sněhové pokrývky • Makro-měřítko – globální atmosférická cirkulace, distribuce záření • mezo-měřítko – gradient nadmořské výšky, přítomnost vodních ploch …… • sněhové srážky – měření „sněhoměry“ (snowfall gauge), mm vodního ekvivalentu (snow water equivalent), výška čerstvého sněhu • redistribuce větrem, topografie a reliéf terénu, vliv vegetace
Redistribuce sněhu větrem • Creep (rolling) – valivý pohyb částic těsně nad povrchem • saltace – „skákavý“ transport sněhových částic (největší efektivita řádově cm nad povrchem) • turbulentní difúze (suspenze) – odnos sněhových částic aerodynamickými silami (až 100 m nad povrchem)
Vliv topografie terénu • Akumulace sněhu obecně v závětrném prostoru terénních struktur, určena převládajícím směrem větru
Intercepce sněhu vegetací • Vliv na distribuci sněhu, vodní bilanci, mikroklima • účinnost intercepce – podíl zachyceného sněhu vůči celkovým srážkám, především funkcí LAI, snow shadow
Intercepce sněhu vegetací • Sněhové závěsy vrcholové zlomy nebo zlomení kmene
• Plazivý sníh – působení smykových sil šavlové formy dřevin (krivoles)
