Snijeg

Snijeg je padavina u čvrstom agregatnom stanju. Sastoji se od pojedinačnih kristala leda koji rastu dok su suspendovani u atmosferi – obično unutar oblaka – a zatim padaju na tlo gdje se akumuliraju i prolaze dalje promjene. Sastoji se od smrznute kristalne vode tokom svog životnog ciklusa, počevši kada se, pod odgovarajućim uslovima, kristali leda formiraju u atmosferi, povećaju se do milimetarske veličine, talože se i akumuliraju na površinama, zatim metamorfozuju na mjestu te se na kraju tope, klize ili sublimiraju.

Snježne oluje se organizuju i razvijaju hraneći se izvorima atmosferske vlage i hladnog zraka. Snježne pahulje stvaraju jezgro oko čestica u atmosferi privlačeći prehlađene kapljice vode, koje se smrzavaju u kristalima šestougaonog oblika. Snježne pahulje poprimaju različite oblike, a osnovni među njima su tromboidi, iglice, stubovi i rime. Kako se snijeg akumulira u snježni omotač, on se može otpuhati u nanose. Vremenom se nagomilani snijeg metamorfozira, sinteriranjem, sublimacijom i smrzavanjem-odmrzavanjem. Tamo gdje je klima dovoljno hladna za akumulaciju iz godine u godinu, može se formirati glečer. Inače, snijeg se obično topi sezonski, uzrokujući otjecanje u potoke i rijeke i obnavljanje podzemnih voda.

Glavna područja sklona snijegu uključuju polarne regije, najsjeverniju polovinu sjeverne hemisfere i planinske regije širom svijeta sa dovoljno vlage i niskim temperaturama. Na južnoj hemisferi snijeg je prvenstveno ograničen na planinska područja, osim na Antarktik.

Snijeg utiče na ljudske aktivnosti kao što je transport: stvara potrebu za održavanjem puteva, krila i prozora čistima; poljoprivreda: obezbjeđivanje vode za usjeve i čuvanje stoke; sportovi poput skijanja, snouborda i putovanja na mašinama za snijeg; i ratovanje. Snijeg također utiče na ekosisteme, tako što tokom zime obezbjeđuje izolacijski sloj ispod kojeg biljke i životinje mogu preživjeti hladnoću.

U meteorologiji se smatra snježnim onaj dan kada je bar polovina vidljivog tla pokrivena snježnim pokrivačem.

 Padavine 

Snijeg se razvija u oblacima koji su i sami dio većeg vremenskog sistema. Fizika razvoja snježnih kristala u oblacima je rezultat složenog skupa varijabli koje uključuju sadržaj vlage i temperature. Rezultirajući oblici padajućih i otpalih kristala mogu se klasificirati u niz osnovnih oblika i njihovih kombinacija. Povremeno se pod vedrim nebom mogu formirati neke pločaste, dendritske i zvjezdaste pahulje s prisutnom vrlo niskom temperaturnom inverzijom.

 Formiranje oblaka 
Snježni oblaci se obično javljaju u kontekstu većih vremenskih sistema, od kojih je najvažniji područje niskog pritiska, koje obično uključuje tople i hladne frontove kao dio svoje cirkulacije. Dva dodatna i lokalno produktivna izvora snijega su oluje s efektom jezera (također na more) i efekti nadmorske visine, posebno u planinama.

 Područje niskog pritiska 

Cikloni srednje geografske širine su područja niskog pritiska koja mogu proizvesti bilo šta, od oblačnosti i blagih snježnih oluja do jakih mećava. Tokom jeseni, zime i proljeća na hemisferi, atmosfera nad kontinentima može biti dovoljno hladna kroz dubinu troposfere da izazove snježne padavine. Na sjevernoj hemisferi, sjeverna strana područja niskog pritiska proizvodi najviše snijega. Za južne srednje geografske širine, strana Ciklona koja proizvodi najviše snijega je južna strana.

 Fronte 

Hladna fronta, prednja ivica hladnije mase zraka, može proizvesti frontalne snježne oluje – intenzivnu frontalnu konvektivnu liniju (slično kišnoj traci), kada je temperatura blizu nule na površini. Snažna konvekcija koja se razvija ima dovoljno vlage da stvori uslove za izbjeljivanje na mjestima preko kojih linija prolazi jer vjetar izaziva intenzivan snijeg. Ova vrsta snježne oluje općenito traje manje od 30 minuta u bilo kojoj tački svoje putanje, ali kretanje linije može pokriti velike udaljenosti. Frontalni udari mogu se formirati na kratkoj udaljenosti ispred površinskog hladnog fronta ili iza hladnog fronta, gdje može postojati produbljivi sistem niskog pritiska ili niz linija korita koje djeluju slično tradicionalnom hladnom frontalnom prolazu. U situacijama kada se udari oluje razvijaju postfrontalno, nije neobično da dva ili tri linearna pojasa udara oluje prolaze u brzom nizu razdvojenih samo 40 kilometara, pri čemu svaki prolazi istu tačku u razmaku od otprilike 30 minuta. U slučajevima kada postoji velika količina vertikalnog rasta i miješanja, oluja može razviti ugrađene kumulonimbusne oblake što rezultira munjama i grmljavinom, što se naziva snijeg s grmljavinom.

Topla fronta može proizvesti snijeg neko vrijeme jer topao, vlažan zrak nadjača zrak ispod nule i stvara padavine na granici. Često snijeg prelazi u kišu u toplom sektoru iza fronta.

 Efekti jezera i okeana 

Snijeg sa efektom jezera nastaje u hladnijim atmosferskim uvjetima kada se hladna zračna masa kreće duž dugih prostranstava toplije jezerske vode, zagrijavajući donji sloj zraka koji uzima vodenu paru iz jezera, podiže se kroz hladniji zrak iznad, smrzava se i taloži se na obalama u zavjetrini (niz vjetar).

Isti efekat koji se javlja nad tijelima slane vode naziva se okeanskim efektom ili snijegom sa efektom zaljeva. Efekat je pojačan kada se pokretna vazdušna masa podiže orografskim uticajem viših nadmorskih visina na obalama niz vetar. Ovo podizanje može proizvesti uske, ali vrlo intenzivne trake padavina koje se mogu taložiti brzinom od nekoliko cm snijega svakog sata, često rezultirajući velikom količinom ukupnih snježnih padavina.

Područja zahvaćena snijegom s efektom jezera nazivaju se snježni pojasi. To uključuje područja istočno od Velikih jezera, zapadne obale sjevernog Japana, poluostrvo Kamčatka u Rusiji i područja u blizini Velikog slanog jezera, Crnog mora, Kaspijskog jezera, Baltičkog mora i dijelova sjevernog Atlantskog okeana.Thomas W. Schmidlin. Climatic Summary of Snowfall and Snow Depth in the Ohio Snowbelt at Chardon.  Retrieved on March 1, 2008.

 Planinski efekti 
Orografske ili reljefne snježne padavine nastaju kada se vlažan zrak tjera uz vjetrovitu stranu planinskih lanaca velikim strujanjem vjetra. Podizanje vlažnog zraka uz ivicu planinskog lanca rezultira adijabatskim hlađenjem i konačno kondenzacijom i padavinama. Ovim postupkom vlaga se postepeno uklanja iz zraka, ostavljajući suhi i topliji zrak na silaznoj ili zavjetrinoj strani.Physical Geography. CHAPTER 8: Introduction to the Hydrosphere (e). Cloud Formation Processes.  Retrieved on January 1, 2009. Rezultirajuće pojačane snježne padavine, zajedno sa smanjenjem temperature sa nadmorskom visinom, kombinuju se za povećanje visine snijega i sezonske postojanosti snježnog pokrivača u područjima podložnim snijegu.

Utvrđeno je i da planinski talasi pomažu u povećanju količine padavina niz vjetar od planinskih lanaca tako što povećavaju podizanje potrebno za kondenzaciju i padavine.

mini|desno|Drveća "zarobljena" snijegom

 Fizika oblaka 


Pahulja se sastoji od otprilike 1019 molekula vode koji se dodaju njenom jezgru različitim brzinama i različitim obrascima ovisno o promjeni temperature i vlažnosti unutar atmosfere kroz koju pahulja propada na svom putu do tla. Kao rezultat, pahulje se razlikuju jedna od druge iako slijede slične obrasce.

Snježni kristali nastaju kada se zamrznu sitne pothlađene kapljice oblaka (oko 10 μm u prečniku). Ove kapljice mogu ostati tečne na temperaturama nižim od −18 °C, jer da bi se smrzle, nekoliko molekula u kapljici se mora slučajno spojiti kako bi formirali raspored sličan onome u ledenoj rešetki. Kapljica se smrzava oko ovog "nukleusa". U toplijim oblacima, čestica aerosola ili "ledeno jezgro" mora biti prisutna u (ili u kontaktu sa) kapljicom da bi djelovala kao jezgro. Jezgra leda su vrlo rijetka u poređenju sa kondenzacijskim jezgrama oblaka na kojima se formiraju kapljice tekućine. Glina, pustinjska prašina i biološke čestice mogu biti jezgra. Umjetna jezgra uključuju čestice srebrnog jodida i suhog leda, a oni se koriste za stimulaciju padavina u zasijavanju oblaka.

Jednom kada se kapljica smrzne, ona raste u prezasićenom okruženju – onom u kojem je zrak zasićen u odnosu na led kada je temperatura ispod tačke smrzavanja. Kapljica tada raste difuzijom molekula vode u zraku (para) na površinu kristala leda gdje se skuplja. Budući da su kapljice vode mnogo brojnije od kristala leda, kristali mogu narasti do stotine mikrometara ili milimetara veličine na račun kapljica vode Wegener-Bergeron-Findeisenovim procesom. Ovi veliki kristali su efikasan izvor padavina, jer zbog svoje mase padaju kroz atmosferu i mogu se sudarati i lijepiti zajedno u klastere ili agregate. Ovi agregati su snježne pahulje i obično su vrsta ledenih čestica koje padaju na tlo. Iako je led čist, rasipanje svjetlosti po kristalnim stranama i udubljenjima/nesavršenostima znači da kristali često izgledaju bijele boje zbog difuzne refleksije cijelog spektra svjetlosti malim česticama leda.

 Klasifikacija pahulja 

Mikrografija hiljada pahulja od 1885, počevši od Wilson Alwyn Bentleyja, otkrila je široku raznolikost pahuljica unutar skupa uzoraka koji se mogu klasificirati. Uočeni su kristali snijega koji se blisko podudaraju.

Ukichiro Nakaya je razvio morfološki dijagram kristala, povezujući oblike kristala sa temperaturom i uvjetima vlage pod kojima su se formirali, što je sažeto u sljedećoj tabeli.

+ Morfologija kristalne strukture kao funkcija temperature i zasićenosti vodom Raspon temperature Opseg zasićenja (g/m3) Vrste snježnih kristalaispod zasićenja Vrste snježnih kristalaiznad zasićenja 0 °C do −3,5 °C 0,0 − 0,5 Čvrste ploče Tanke pločeDendriti −3,5 °C do −10 °C 0,5 − 1,2 Čvrste prizmeŠuplje prizme Šuplje prizmeIgle −10 °C do −22 °C 1,2 − 1,2 Tanke pločeČvrste ploče Sektorne pločeDendriti −22 °C do −40 °C 0,0 − 0,4 Tanke pločeČvrste ploče StuboviPrizme

Nakaya je otkrio da je oblik također funkcija toga da li je prevladavajuća vlaga iznad ili ispod zasićenja. Forme ispod linije zasićenja teže ka čvrstim i kompaktnim, dok kristali formirani u prezasićenom vazduhu teže čipkastim, delikatnim i ukrašenim. Formiraju se i mnogi složeniji obrasci rasta, koji uključuju bočne ravni, ruže od metaka i planarne tipove, u zavisnosti od uslova i jezgri leda. Ako je kristal počeo da se formira u režimu rasta kolone na otprilike −5 °C, a zatim padne u topliji pločasti režim, pločasti ili dendritski kristali niču na kraju kolone, stvarajući "kolone".

Magono i Lee su osmislili klasifikaciju svježe formiranih snježnih kristala koja uključuje 80 različitih oblika. Svaki su dokumentirali mikrografijama.

 Akumulacija 

Snijeg se akumulira iz niza snježnih događaja, isprekidanih smrzavanjem i otapanjem, na područjima koja su dovoljno hladna da snijeg zadržava sezonski ili više godina. Glavna područja sklona snijegu uključuju Arktik i Antarktik, sjevernu hemisferu i alpske regije. Tečni ekvivalent snježnih padavina može se procijeniti pomoću mjerača snijega ili sa standardnim mjeračem kiše, prilagođen za zimu uklanjanjem lijevka i unutrašnjeg cilindra. Oba tipa mjerača tope nagomilani snijeg i prijavljuju količinu prikupljene vode.National Weather Service Office Binghamton, New York (2009). Raingauge Information.  Retrieved on January 2, 2009. Na nekim automatskim meteorološkim stanicama ultrazvučni senzor dubine snijega može se koristiti za povećanje padavina.

 Događaj 

Snježna oluja, snježni pljusak i mećava opisuju snježne događaje sve većeg trajanja i intenziteta. Mećava je vremensko stanje koje uključuje snijeg i ima različite definicije u različitim dijelovima svijeta. U Sjedinjenim Američkim Državama, mećava nastaje kada su ispunjena dva uslova u periodu od tri sata ili više: stalni vjetar ili česti udari do 16 m/s i dovoljno snijega u zraku da smanji vidljivost na manje od 0,4 kilometra. U Kanadi i Ujedinjenom Kraljevstvu kriteriji su slični. Dok se jake snježne padavine često javljaju tokom mećava, snijeg koji pada nije uslov, jer snijeg može stvoriti mećavu na zemlji.

Intenzitet snježne oluje može se kategorizirati prema vidljivosti i dubini akumulacije. Intenzitet snježnih padavina određen je vidljivošću, kako slijedi:

 Lagana: vidljivost veća od 1 kilometra
 Umjerena: ograničenja vidljivosti između 0,5 i 1 kilometra
 Teška: vidljivost je manja od 0,5 kilometara

Snježne oluje mogu nanijeti snijeg u trakama koje se protežu od vodenih tijela kao vremenske prilike na jezeru ili kao rezultat prolaska fronta višeg nivoa.

Međunarodna klasifikacija za sezonski snijeg na tlu definira "visinu novog snijega" kao dubinu svježe palog snijega, u centimetrima mjereno linijarom, koja se nakupila na mjeraču snijega tokom perioda posmatranja od 24 sata ili drugog intervala posmatranja. Nakon mjerenja, snijeg se čisti sa instrumenta i daska se postavlja u ravninu sa površinom snijega kako bi se omogućilo precizno mjerenje na kraju sljedećeg intervala. Otapanje, zbijanje, puhanje i zanošenje doprinose poteškoćama u mjerenju snježnih padavina.

 Distribucija 

Glečeri sa svojim trajnim snježnim pokrivačima pokrivaju otprilike 10% zemljine površine, dok sezonski snijeg pokriva ~9%, uglavnom na sjevernoj hemisferi, gdje sezonski snijeg pokriva otprilike 40 miliona kvadratnih kilometara, prema procjena iz 1987. Procjena snježnog pokrivača na sjevernoj hemisferi iz 2007. sugeriše da se snježni pokrivač u prosjeku kreće od minimalnog opsega od 2 miliona kvadratnih kilometarasvakog augusta do maksimalnog opsega od 45 miliona kvadratnih kilometara svakog januara ili skoro polovina kopnene površine na toj hemisferi. Studija obima snježnog pokrivača na sjevernoj hemisferi za period 1972–2006. sugeriše smanjenje od 0,5 miliona kvadratnih kilometara u periodu od 35 godina.

 Rekordi 
Ovo su svjetski rekordi u pogledu snježnih padavina i pahulja:

 Najveća ukupna sezonska snježna padavina – Svjetski rekord za najveću količinu sezonskih snježnih padavina izmjeren je u Sjedinjenim Američkim Državama na skijalištu Mt. Baker, izvan grada Bellinghama, Washington tokom sezone 1998–1999. Mount Baker je primio 2.896 cm snijega, čime je nadmašio prethodni rekorder, planine Rainier, Washington, koji je tokom sezone 1971–1972. pao 2.850 cm snijega.
 Najveća sezonska prosječna godišnja snježna padavina – Svjetski rekord za najveću prosječnu godišnju količinu snijega iznosi 1.764 cm, izmjereno u Sukayu Onsen, Japan za period 1981–2010.
 Najveća snježna pahulja – Prema Guinnessovoj knjizi rekorda, najveća snježna pahulja na svijetu pala je u januaru 1887. izvan današnjeg Miles Cityja u Montani. Imala je 38 cm u prečniku.
 Gradovi (više od 100.000 stanovnika) s najvećim godišnjim snježnim padavinama su Aomori (792 cm), Sapporo (485 cm) i Toyama (363 cm) u Japanu, a slijede St. John's (332 cm) i Quebec (315 cm) u Kanadi i Sirakuzi, New York (325 cm).

 Metamorfizam 

Prema Međunarodnom udruženju nauka o kriosferi, snježni metamorfizam je "transformacija koju snijeg prolazi u periodu od taloženja do topljenja ili prelaska u glacijalni led". Počevši od praškastog taloženja, snijeg postaje granularniji kada se počne sabijati pod vlastitom težinom, raznosi ga vjetar, sinteruje čestice zajedno i započinje ciklus topljenja i ponovnog zamrzavanja. Vodena para igra ulogu jer taloži kristale leda, poznate kao inje, tokom hladnih, mirnih uslova. Tokom ove tranzicije, snijeg je "visoko porozan, sinterirani materijal sastavljen od neprekidne strukture leda i neprekidno povezanog pora, koji zajedno formira mikrostrukturu snijega". Gotovo uvijek blizu svoje temperature topljenja, snježni omotač kontinuirano transformiše ova svojstva pri čemu sve tri faze vode mogu koegzistirati, uključujući tečnu vodu koja djelimično ispunjava prostor pora. Nakon taloženja, snijeg napreduje na jednom od dva puta koji određuju njegovu sudbinu, bilo ablacijom (uglavnom topljenjem) iz snježnih padavina ili sezonskog snijega, ili prelaskom iz firna (višegodišnji snijeg) u led glečera.

 Sezonski 
Tokom vremena, snježni omotač se može slegnuti pod vlastitom težinom sve dok njegova gustina ne bude približno 30% vode. Povećanja gustoće iznad ove početne kompresije nastaju prvenstveno topljenjem i ponovnim smrzavanjem, uzrokovano temperaturama iznad nule ili direktnim sunčevim zrakama. U hladnijim klimatskim uslovima, snijeg leži na zemlji cijele zime. Do kasnog proljeća, gustina snijega obično dostiže maksimum od 50% vode. Snijeg koji se zadržava u ljeto evoluira u névé, zrnasti snijeg, koji je djelimično otopljen, ponovo zamrznut i zbijen. Névé ima minimalnu gustinu od 500 kilograma po kubnom metru, što je otprilike polovina gustine tekuće vode.

 Firn 
Firn je snijeg koji je postojao više godina i koji je prekristaliziran u supstancu gušću od névéa, ali manje gustu i tvrdu od glacijalnog leda. Firn podsjeća na pečeni šećer i vrlo je otporan na lopatu. Njegova gustoća se uglavnom kreće od 550 do 830 kilograma po kubnom metru, a često se može naći ispod snijega koji se nakuplja na vrhu glečera. Minimalna visina koju firn akumulira na glečeru naziva se firnova granica, firnova linija ili snježna linija.

 Pomijeranje 
Četiri su glavna mehanizma kretanja nataloženog snijega: nanošenje nesinterovanog snijega, lavine nagomilanog snijega na strmim padinama, otapanje snijega u uslovima odmrzavanja i kretanje glečera nakon snijega koji traje više godina i pretvara se u led glečera.

 Nanosi 

Kada praškasti snijeg nanosi vjetar s mjesta gdje je prvobitno pao, formirajući naslage dubine nekoliko metara na izoliranim mjestima. Nakon pričvršćivanja na obroncima, naneseni snijeg može evoluirati u snježnu ploču, što predstavlja opasnost od lavine na strmim padinama.

 Lavina 

Lavina (koja se naziva i snježni odron ili snježno klizanje) je brzo kretanje snijega niz nagnutu površinu. Lavine se obično pokreću u početnoj zoni zbog mehaničkog kvara u snježnom pokrivaču (lavina ploča) kada sile na snijeg premašuju njegovu snagu, ali ponekad samo uz postepeno širenje (lavina rastresitog snijega). Nakon pokretanja, lavine se obično brzo ubrzavaju i rastu u masi i zapremini kako zahvate više snijega. Ako se lavina kreće dovoljno brzo, dio snijega može se pomiješati sa zrakom stvarajući snježnu lavinu u prahu, koja je vrsta gravitacijske struje. Javljaju se u tri glavna mehanizma:McClung, David and Shaerer, Peter: The Avalanche Handbook, The Mountaineers: 2006. 

 Lavine ploča se javljaju u snijegu koji se nataložio ili ponovo naslagao vjetrom. Imaju karakterističan izgled bloka (ploče) snijega isječenog iz okoline pukotinama. Ovo preuzrokuje većinu smrtnih slučajeva.
 Snježne lavine u prahu su rezultat taloženja svježeg suhog praha i stvaraju oblak praha koji prekriva gustu lavinu. Mogu premašiti brzine od 300 kilometara na sat i mase od 10.000.000 tona; lavine se mogu kretati na velikim udaljenostima duž ravnih dna dolina, pa čak i uzbrdo na kratkim udaljenostima.
 Mokre snježne lavine su suspenzija snijega i vode male brzine, sa protokom ograničenim na površinu staze. Mala brzina putovanja je posljedica trenja između klizne površine staze i vode zasićenog toka. Uprkos maloj brzini putovanja (~10 do 40 kilometara na sat), lavine vlažnog snijega su sposobne generisati snažne destruktivne sile, zbog velike mase i gustoće.

 Topljenje 

Mnoge rijeke koje potiču iz planinskih područja ili regija visoke geografske širine primaju značajan dio svog toka zbog topljenja snijega. Ovo često čini tok rijeke izrazito sezonskim, što rezultira periodičnim poplavama tokom proljetnih mjeseci, a barem u suhim planinskim regijama kao što su planine zapadno od SAD-a ili veći dio Irana i Afganistana, vrlo mali protok tokom ostatka godine. Nasuprot tome, ako je veći dio topljenja iz zaleđenih ili skoro zaleđenih područja, otapanje se nastavlja kroz toplu sezonu, s vršnim protokom koji se javlja sredinom do kasnog ljeta.

 Glečeri 
Glečeri nastaju tamo gdje akumulacija snijega i leda premašuje ablaciju. Područje u kojem se formira alpski glečer naziva se cirk, tipično geološko obilježje u obliku fotelje, koje skuplja snijeg i gdje se snježni omotač sabija pod težinom uzastopnih slojeva snijega koji se nakupljaju, formirajući névé. Dalje drobljenje pojedinačnih snježnih kristala i smanjenje zarobljenog zraka u snijegu pretvara ga u glacijalni led. Ovaj glacijalni led će ispuniti cirk dok se ne izlije kroz geološku slabost ili put za bijeg, kao što je jaz između dvije planine. Kada je masa snijega i leda dovoljno debela, počinje se kretati zbog kombinacije nagiba površine, gravitacije i pritiska. Na strmijim padinama to se može dogoditi i sa samo 15 m snijega i leda.

 Nauka 
Naučnici proučavaju snijeg na raznim skalama koje uključuju fiziku hemijskih veza i oblaka; distribucija, akumulacija, metamorfoza i ablacija snježnih pokrivača; i doprinos topljenja snijega hidraulici rijeka i hidrologiji tla. Čineći to, oni koriste različite instrumente za posmatranje i mjerenje proučavanih pojava. Njihovi nalazi doprinose znanju koje primjenjuju inženjeri, koji prilagođavaju vozila i konstrukcije snijegu, agronomi koji se bave dostupnošću topljenja snijega u poljoprivredi i oni koji dizajniraju opremu za sportske aktivnosti na snijegu. Naučnici razvijaju, a drugi koriste sisteme za klasifikaciju snijega koji opisuju njegova fizička svojstva na skalama u rasponu od pojedinačnog kristala do skupnog snježnog pokrivača. Podspecijalnost su lavine, koje podjednako zabrinjavaju inženjere i sportiste na otvorenom.

Nauka o snijegu bavi se načinom na koji se snijeg formira, njegovom distribucijom i procesima koji utiču na to kako se snježni pokrivači mijenjaju tokom vremena. Naučnici poboljšavaju prognoze oluja, proučavaju globalni snježni pokrivač i njegov uticaj na klimu, glečere i zalihe vode širom svijeta. Studija uključuje fizička svojstva materijala kako se mijenja, zapreminska svojstva snježnih naslaga na licu mjesta i agregatna svojstva područja sa snježnim pokrivačem. Čineći to, oni koriste fizičke tehnike mjerenja na tlu za utvrđivanje činjenica na terenu i tehnike daljinskog otkrivanja kako bi razvili razumijevanje procesa povezanih sa snijegom na velikim područjima.

 Mjerenje i klasifikacija 

Na terenu naučnici za snijeg često iskopaju snježnu jamu unutar koje vrše osnovna mjerenja i zapažanja. Zapažanja mogu opisati karakteristike uzrokovane vjetrom, prodiranjem vode ili padom snijega sa drveća. Procjeđivanje vode u snježni omotač može stvoriti prste toka i jezerce ili teći duž kapilarnih barijera, koje se mogu ponovo zamrznuti u horizontalne i vertikalne čvrste ledene formacije unutar snježnog pokrivača. Među mjerenjima svojstava snježnih pokrivača koje Međunarodna klasifikacija za sezonski snijeg na tlu uključuje su: visina snijega, ekvivalent snježne vode, jačina snijega i obim snježnog pokrivača. Svaki ima oznaku sa šifrom i detaljnim opisom. Klasifikacija proširuje prethodne klasifikacije Nakaye i njegovih nasljednika na srodne vrste padavina i citira se u sljedećoj tabeli:

+ Zamrznute čestice padavina, povezane sa snježnim kristalima Podklasa Oblik Fizički proces Krupa Jako obrubljene čestice, sferične, konične, šestrugaone ili nepravilnog oblika Jaki obrub čestica akrecijom pothlađenih kapljica vode Grad Laminarna unutrašnja struktura, prozirna ili mliječno glazirana površina Rast nakupljanjem pothlađene vode, veličina: >5 mm Sugradica Prozirni, uglavnom mali sferoidi Smrzavanje kapi kiše ili ponovno zamrzavanje uveliko otopljenih snježnih kristala ili pahuljica. Sugradica ili snježne kuglice obložene tankim slojem leda (mala tuča). Veličina: oba 5 mm Inje Nepravilne naslage ili duži čunjevi i iglice usmjerene prema vjetru Nakupljanje malih, pothlađenih kapljica magle smrznutih na mjestu. Na površini snijega formira se tanka lomljiva kora ako se proces nastavi dovoljno dugo.
Svi se formiraju u oblaku, osim inja, koji se formira na objektima izloženim pothlađenoj vlazi.

Takođerpostoji opširnija klasifikacija nataloženog snijega od onih koje se odnose na snijeg u vazduhu. Kategorije uključuju prirodne i umjetne vrste snijega, opise snježnih kristala dok se metamorfiziraju i tope, razvoj inja u snježnom omotaču i stvaranje leda u njemu. Svaki takav sloj snježnog pokrivača razlikuje se od susjednih slojeva po jednoj ili više karakteristika koje opisuju njegovu mikrostrukturu ili gustoću, a koje zajedno definišu vrstu snijega i druga fizička svojstva. Stoga se u svakom trenutku mora definirati vrsta i stanje snijega koji formira sloj jer o njima zavise njegova fizička i mehanička svojstva. Fizička svojstva uključuju mikrostrukturu, veličinu i oblik zrna, gustoću snijega, sadržaj tekuće vode i temperaturu.

Kada je u pitanju mjerenje snježnog pokrivača na tlu, obično se mjere tri varijable: obim snježnog pokrivača (SCE) – površina pokrivena snijegom, trajanje snježnog pokrivača (SD) – koliko dugo je određeno područje prekriveno snijegom i akumulacija snijega, često izražena kao ekvivalent snježne vode (SWE), koja izražava koliko bi snijeg imao vode da se sav otopi: ovo posljednje je mjerenje zapremine snježnog pokrivača. Za mjerenje ovih varijabli koriste se različite tehnike: površinska promatranja, daljinsko istraživanje, modeli kopnene površine i proizvodi ponovne analize. Ove tehnike se često kombinuju kako bi se formirale najpotpunije skupove podataka.

 Satelitski podaci 
Daljinska istraživanja snježnih pokrivača sa satelitima i drugim platformama obično uključuje multispektralnu kolekciju slika. Višestrana interpretacija dobijenih podataka omogućava zaključke o onome što se posmatra. Nauka koja stoji iza ovih daljinskih opservacija je verifikovanaa studijama stvarnih uslova na temelju istine.

Satelitska posmatranja bilježe smanjenje snijegom prekrivenih područja od 1960-ih, kada su počela satelitska posmatranja. U nekim regijama kao što je Kina, uočen je trend povećanja snježnog pokrivača od 1978. do 2006. Ove promjene se pripisuju globalnim klimatskim promjenama, koje mogu dovesti do ranijeg topljenja i manje pokrivenosti. U nekim područjima visina snijega se povećava zbog viših temperatura u geografskim širinama sjeverno od 40°. Za sjevernu hemisferu u cjelini srednja mjesečna veličina snježnog pokrivača opada za 1,3% po deceniji.

Najčešće korištene metode za mapiranje i mjerenje obima snijega, dubine snijega i ekvivalenta snježne vode koriste višestruke ulaze na vidljivo-infracrvenom spektru da bi se zaključilo prisustvo i svojstva snijega. Nacionalni centar za podatke o snijegu i ledu (NSIDC) koristi refleksiju vidljivog i infracrvenog zračenja za izračunavanje normaliziranog indeksa razlike snijega, koji je omjer parametara zračenja koji mogu razlikovati oblake od snijega. Drugi istraživači su razvili stabla odlučivanja, koristeći dostupne podatke za preciznije procjene. Jedan od izazova za ovu procjenu je gdje je snježni pokrivač nejednak, na primjer tokom perioda akumulacije ili ablacije, kao i u šumskim područjima. Oblačnost inhibira optički senzor refleksije površine, što je dovelo do drugih metoda za procjenu stanja tla ispod oblaka. Za hidrološke modele važno je imati kontinuirane informacije o snježnom pokrivaču. Pasivni mikrotalasni senzori su posebno vrijedni za vremenski i prostorni kontinuitet jer mogu mapirati površinu ispod oblaka i u mraku. Kada se kombinuje sa reflektivnim mjerenjima, pasivni mikrotalasni senzori uveliko proširuju moguće zaključke o snježnom pokrivaču.

Satelitska mjerenja pokazuju da se snježni pokrivač smanjuje u mnogim dijelovima svijeta od 1978.

 Modeli 

Nauka o snijegu često vodi do prediktivnih modela koji uključuju taloženje snijega, otapanje snijega i hidrologiju snijega – elemente Zemljinog ciklusa vode – koji pomažu u opisivanju globalnih klimatskih promjena.

Globalni modeli klimatskih promjena (GCM) uključuju snijeg kao faktor u svojim proračunima. Neki važni aspekti snježnog pokrivača uključuju njegov albedo (reflektivnost upadnog zračenja, uključujući svjetlost) i izolacijske kvalitete, koji usporavaju brzinu sezonskog topljenja morskog leda. Od 2011, smatralo se da faza topljenja GCM modela snijega ima slab učinak u regijama sa složenim faktorima koji regulišu otapanje snijega, kao što su vegetacijski pokrivač i teren. Ovi modeli obično izvode ekvivalent snježne vode (SWE) na neki način iz satelitskih opservacija snježnog pokrivača. Međunarodna klasifikacija za sezonski snijeg na tlu definira SWE kao "dubinu vode koja bi nastala kada bi se masa snijega potpuno otopila".

S obzirom na važnost topljenja snijega za poljoprivredu, hidrološki modeli oticanja koji uključuju snijeg u svoja predviđanja bave se fazama akumulacije snježnog omotača, procesa topljenja i distribucije otopljene vode kroz mreže potoka i u podzemne vode. Ključni za opisivanje procesa topljenja su sunčev toplotni tok, temperatura okoline, vjetar i padavine. Početni modeli topljenja snijega koristili su pristup stepena dana koji je naglašavao temperaturnu razliku između zraka i snježnog pokrivača kako bi se izračunao ekvivalent snježne vode, SWE. Noviji modeli koriste pristup energetskog bilansa koji uzima u obzir sljedeće faktore za izračunavanje Qm, energije dostupne za topljenje. Ovo zahtijeva mjerenje niza snježnih slojeva i faktora okoline da bi se izračunalo šest mehanizama protoka toplote koji doprinose Qm.

 Uticaj na civilizaciju 
Snijeg rutinski utiče na civilizaciju u četiri glavna područja, transportu, poljoprivredi, građevinama i sportu. Većinu načina prijevoza ometa snijeg na površini putovanja. Poljoprivreda se često oslanja na snijeg kao izvor sezonske vlage. Konstrukcije mogu propasti pod opterećenjem snijega. Ljudi pronalaze širok izbor rekreativnih aktivnosti u snježnim pejzažima. Snijeg također utiče na ratovanje.

 Prijevoz 

Snijeg utiče na prava prolaska autoputeva, aerodroma i željeznica. Sniježni plug je zajednički za sve radnove, iako putevi koriste hemikalije protiv zaleđivanja kako bi se spriječilo spajanje leda, dok aerodromi možda neće; željeznice se oslanjaju na abrazivna sredstva za trenje kolosijeka.
mini|Snijeg u Sarajevu 2. januara 2019.

 Autoput 

U kasnom 20. vijeku, procjenjuje se da se otprilike 2 milijarde dolara godišnje trošilo u Sjevernoj Americi na zimsko održavanje ceste, zbog snijega i drugih zimskih vremenskih prilika, prema izvještaju Kuemmela iz 1994. Studija je ispitala praksu jurisdikcija unutar 44 američke savezne države i devet kanadskih pokrajina. Procijenio je politiku, praksu i opremu koja se koristi za zimsko održavanje. Utvrđeno je da slična praksa i napredak preovlađuju u Evropi.

Dominantni efekat snijega na kontakt vozila sa cestom je smanjeno trenje. Ovo se može poboljšati upotrebom guma za snijeg, koje imaju gazeći sloj dizajniran za kompaktiranje snijega na način koji poboljšava trenje. Ključ za održavanje ceste koji može prihvatiti saobraćaj tokom i nakon snježnog događaja je efikasan program protiv zaleđivanja koji koristi hemikalije i grtanje. Priručnik Federalne uprave za autoputeve za efikasan program protiv zaleđavanja naglašava postupke protiv zaleđavanja koji sprječavaju vezivanje snijega i leda za put. Ključni aspekti prakse uključuju: razumijevanje zaštite od ledenja u svjetlu nivoa usluge koju treba postići na datoj cesti, klimatskih uslova na koje treba naići i različitih uloga materijala i aplikacija za odmrzavanje, zaštitu od zaleđavanja i abrazivnih materijala, i korištenje "kutija s alatima" protiv zaleđavanja, jedne za operacije, jedne za donošenje odluka i druge za osoblje. Elementi kutije s alatima su:

 Operacije – bavi se primjenom čvrstih i tečnih hemikalija, koristeći različite tehnike, uključujući prethodno vlaženje hloridnih soli. Također se bavi sposobnošću grtanja, uključujući vrste snježnih plugova i noževa koji se koriste.
 Donošenje odluka – kombinuje informacije o vremenskoj prognozi sa informacijama o putevima kako bi se procijenile nadolazeće potrebe za primjenom sredstava i procjena efikasnosti tretmana sa operacijama u toku.
 Osoblje – bavi se obukom i raspoređivanjem osoblja za efikasno izvršavanje programa protiv zaleđivanja, koristeći odgovarajuće materijale, opremu i procedure.
Priručnik nudi matrice koje se odnose na različite vrste snijega i stopu snježnih padavina kako bi se aplikacije prilagodile na odgovarajući i efikasan način.

Sniježne ograde, izgrađene uz vetar od ceste, kontrolišu nanošenje snega tako što izazivaju snijeg nanesen vjetrom da se akumulira na željenom mjestu. Koriste se i na željeznici. Pored toga, farmeri i rančeri koriste snježne ograde za stvaranje nanosa u bazenima za spremanje vode u proljeće.

 Avijacija 

Kako bi aerodromi ostali otvoreni tokom zimskih oluja, piste i staze za vožnju zahtijevaju uklanjanje snijega. Za razliku od puteva, gdje je hemijska obrada hloridima uobičajena kako bi se spriječilo vezivanje snijega za površinu pločnika, takve hemikalije su obično zabranjene na aerodromima zbog njihovog snažnog korozivnog djelovanja na aluminijske avione. Zbog toga se mehaničke četke često koriste za dopunu djelovanja snježnih plugova. S obzirom na širinu poletno-sletnih staza na aerodromima koji primaju velike avione, za čišćenje snijega na pistama i stazama za vožnju koriste se vozila sa velikim plužnim lopaticama, ešalon plužnih vozila ili rotacionih snježnih strojeva. Za rampe terminala može biti potrebno očistiti površinu od 6 ili više hektara.

Propisno opremljeni avioni mogu letjeti kroz snježne mećave prema pravilima instrumentnog letenja. Prije polijetanja, tokom snježnih oluja potrebna im je tečnost za odleđivanje kako bi se spriječilo nakupljanje i smrzavanje snijega i drugih padavina na krilima i trupu, što može ugroziti sigurnost aviona i putnika u njemu.Transport Canada, Ottawa, ON (2016). "TP 14052. Guidelines for Aircraft Ground-Icing Operations. Chapter 8. Fluids."  Retrieved May 14, 2016. U letu, avioni se oslanjaju na različite mehanizme da izbjegnu inje i druge vrste zaleđivanja u oblacima, što uključuje pulsirajuće pneumatske čizme, elektro-termalne oblasti koje stvaraju toplinu i fluidne odleđivače.

 Željeznica 
Željeznice su tradicionalno koristile dvije vrste snježnih plugova za čišćenje kolosijeka, klinasti plug, koji baca snijeg na obje strane, i rotacijski snježni plug, koji je pogodan za rješavanje velikih snježnih padavina i bacanja snijega daleko na jednu ili drugu stranu. Prije pronalaska rotacionog snježnog pluga ca. 1865, bilo je potrebno više lokomotiva za vožnju klinastog pluga kroz duboki snijeg. Nakon raščišćavanja kolosijeka takvim plugovima, koristi se "flanger" za čišćenje snijega između šina koje su ispod dosega ostalih vrsta plugova. Tamo gdje zaleđivanje može utjecati na kontakt čelik-čelik točkova lokomotive na pruzi, abrazivi (obično pijesak) su korišteni za osiguranje trenja na strmijim uzbrdicama.

Željeznice koriste snježne šupe – strukture koje pokrivaju prugu – kako bi spriječile nakupljanje jakog snijega ili lavine za pokrivanje pruga u snježnim planinskim područjima, kao što su Alpe i Stjenovite planine.

 Izgradnja 
Snijeg se može sabiti kako bi formirao snježni put i bio dio zimskog puta kojim vozila mogu pristupiti izolovanim zajednicama ili građevinskim projektima tokom zime.Abele, G., 1990. Snow roads and runways, U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Monograph 90-3, Washington, D.C. Snijeg se također može koristiti za pružanje potporne strukture i površine za pistu, kao što je slučaj sa aerodromom Phoenix na Antarktiku. Pista od sabijenog snijega je dizajnirana da izdrži približno 60 letova na točkovima teških vojnih aviona godišnje.

 Poljoprivreda 

Snježne padavine mogu biti korisne za poljoprivredu služeći kao toplinski izolator, čuvajući toplotu Zemlje i štiteći usjeve od temperature ispod tačke smrzavanja. Neke poljoprivredne površine zavise od akumulacije snijega tokom zime koji će se postepeno topiti u proljeće, obezbjeđujući vodu za rast usjeva, kako direktno tako i putem oticanja kroz potoke i rijeke, koji opskrbljuju kanale za navodnjavanje. Slijede primjeri rijeka koje se oslanjaju na otopljenu vodu iz glečera ili sezonski snijeg kao važan dio svog toka o kojem ovisi navodnjavanje: Ganges, čije mnoge pritoke izviru u Himalajima i koje pružaju značajno navodnjavanje u sjeveroistočnoj Indiji, rijeka Ind, koja izvire u TibetuAlbinia, Alice. (2008) Empires of the Indus: The Story of a River. First American Edition (20101) W. W. Norton & Company, New York. . i obezbjeđuje vodu za navodnjavanje Pakistana iz tibetanskih glečera koji se brzo povlače, i rijeku Colorado, koja prima veliki dio svoje vode iz sezonskog snijega u Stjenovitim planinama i osigurava navodnjavanje vode na oko 4 miliona hektara.

 Strukture 

Snijeg je važan faktor za opterećenje konstrukcija. Za rješavanje ovih problema, evropske zemlje primjenjuju Eurocode 1: Dejstva na konstrukcije – Dio 1-3: Opšte akcije – Opterećenja snijegom. U Sjevernoj Americi, ASCE Minimalna projektna opterećenja za zgrade i druge konstrukcije daje smjernice o opterećenjima snijegom. Oba standarda koriste metode koje prenose maksimalna očekivana opterećenja snijega na tlo u projektna opterećenja za krovove.

 Krovovi 

Opterećenje snijegom i zaleđivanje su dva glavna problema za krovove. Opterećenja snijegom povezana su s klimom u kojoj se građevina nalazi. Zaleđavanje je obično rezultat toga što zgrada ili konstrukcija stvara toplotu koja topi snijeg koji se nalazi na njoj.

Opterećenje snijegom – Minimalna projektna opterećenja za zgrade i druge konstrukcije daje smjernice o tome kako prevesti sljedeće faktore u krovno opterećenje snijegom:

 Opterećenje tla snijegom
 Izloženost krova
 Toplotna svojstva krova
 Oblik krova
 Klizanje
 Važnost zgrade
Daje tabele za opterećenje snijegom na tlu po regijama i metodologiju za izračunavanje opterećenja snijegom na tlu koja može varirati u zavisnosti od nadmorske visine od obližnjih izmjerenih vrijednosti. Eurocode 1 koristi slične metodologije, počevši od opterećenja snijegom na tlu koja je tabelarno prikazana za dijelove Evrope.

Zaleđivanje – Krovovi također moraju biti projektovani tako da se izbjegnu ledene brane koje su rezultat otopljene vode koja teče ispod snijega na krovu i smrzavanja na nadstrešnici. Ledene brane na krovovima nastaju kada se nagomilani snijeg na kosom krovu topi i teče niz krov, ispod izolacijskog snježnog pokrivača, sve dok ne dostigne temperaturu zraka ispod nule, obično na nadstrešnici. Kada otopljena voda dostigne ledeni zrak, led se nakuplja, formirajući branu, a snijeg koji se kasnije topi ne može se pravilno ocijediti kroz branu.Paul Fisette, "Preventing Ice Dams", Roofing, flashing & waterproofing. Newtown, CT: Taunton Press, 2005. 54. Ledene brane mogu dovesti do oštećenja građevinskog materijala ili oštećenja ili ozljeda kada ledena brana padne ili od pokušaja uklanjanja ledenih brana. Topljenje je rezultat prolaska toplote kroz krov ispod visokoizolacionog sloja snijega.

 Komunalne linije 
U područjima sa drvećem, razvodni vodovi na stubovima su manje podložni snježnim opterećenjima nego što su podložni oštećenjima od drveća koje pada na njih, oborenog teškim, mokrim snijegom. Na drugim mjestima snijeg se može nakupiti na dalekovodima kao "rukav" leda. Inženjeri dizajniraju za takva opterećenja, koja se mjere u kg/m, a elektroenergetske kompanije imaju sisteme za predviđanje koji predviđaju vrste vremena koje mogu uzrokovati takva povećanja. Led se može ukloniti ručno ili stvaranjem dovoljnog kratkog spoja u pogođenom segmentu dalekovoda da bi se narasle naslage otopile.

 Sport i rekreacija 

Snijeg se uključuje u mnoge zimske sportove i oblike rekreacije, uključujući skijanje i sanjkanje. Uobičajeni primjeri uključuju skijaško trčanje, alpsko skijanje, snowboarding, krpljanje i motorne sanke. Dizajn korištene opreme, npr. skije i snoubord, obično se oslanja na nosivost snijega i bori se s koeficijentom trenja na snijegu.

Skijanje je daleko najveći oblik zimske rekreacije. Od 1994, od procijenjenih 65-75 miliona skijaša širom svijeta, bilo je približno 55 miliona onih koji su se bavili alpskim skijanjem, a ostali su se bavili skijaškim trčanjem. Otprilike 30 miliona skijaša (svih vrsta) bilo je u Evropi, 15 miliona u SAD-u i 14 miliona u Japanu. Od 1996, navodno je postojalo 4.500 skijaških područja, funkcionisalo je 26.000 ski liftova i uživalo 390 miliona posjeta skijaša godišnje. Dominantna regija za spust bila je Evropa, a slijede Japan i SAD.

Skijališta se sve više oslanjaju na osnježavanje, proizvodnju snijega tjeranjem vode i zraka pod pritiskom kroz snježni top na skijaškim stazama. Pravljenje snijega se uglavnom koristi za dopunu prirodnog snijega na skijalištima.On This Day: March 25 , BBC News, accessed December 20, 2006. "The first artificial snow was made two years later, in 1952, at Grossinger's resort in New York, USA. " To im omogućava da poboljšaju pouzdanost svog snježnog pokrivača i produže sezonu skijanja od kasne jeseni do ranog proljeća. Proizvodnja snijega zahtijeva niske temperature. Prag temperature za zasnježavanje raste kako se vlažnost smanjuje. Temperatura vlažnog termometra se koristi kao metrika jer uzima u obzir temperaturu zraka i relativnu vlažnost. Pravljenje snijega je relativno skup proces u potrošnji energije, čime se ograničava njegova upotreba.

Skijaški vosak poboljšava sposobnost skije (ili drugog trkača) da klizi po snijegu smanjujući koeficijent trenja, koji zavisi i o svojstvima snijega i o skiji kako bi rezultirao optimalnom količinom podmazivanja od topljenja snijega trenjem sa skijom–premalo i skija stupa u interakciju sa čvrstim snježnim kristalima, previše i kapilarno privlačenje otopljene vode usporava skiju. Prije nego što skija može kliziti, mora savladati maksimalnu vrijednost statičkog trenja. Kinetičko (ili dinamičko) trenje nastaje kada se skija kreće po snijegu.

 Ratovanje 
Snijeg utiče na ratovanje koje se vodi zimi, u alpskim sredinama ili na visokim geografskim širinama. Glavni faktori su smanjena vidljivost za pronalaženje ciljeva tokom padajućeg snijega, poboljšana vidljivost ciljeva na snježnoj pozadini za ciljanje, te mobilnost i za mehanizirane i za pješadijske trupe. Snježne padavine također mogu ozbiljno da inhibiraju logistiku snabdijevanja trupa. Snijeg također može pružiti zaklon i učvršćenje protiv vatre iz malokalibarskog oružja. Zapažene zimske ratne kampanje u kojima su snijeg i drugi faktori uticali na operacije uključuju:

 Francuska invazija na Rusiju, gdje su loši uvjeti vuče za loše potkovane konje otežavali vagone za opskrbu da održe korak s trupama. Na tu kampanju je također snažno uticala hladnoća, pri čemu je vojska koja se povlačila stigla do rijeke Neman u decembru 1812. sa samo 10.000 od 420.000 koji su krenuli u invaziju na Rusiju u junu iste godine.The Wordsworth Pocket Encyclopedia, p. 17, Hertfordshire 1993.
 Zimski rat, pokušaj Sovjetskog Saveza da zauzme teritoriju u Finskoj krajem 1939, pokazao je superiornu zimsku taktiku finske vojske u pogledu mobilnosti preko snijega, kamuflaže i korištenja terena.
 Ardenska ofanziva, njemačka kontraofanziva tokom Drugog svjetskog rata, koja je počela 16. decembra 1944, bila je obilježena jakim snježnim olujama koje su ometale savezničku zračnu podršku kopnenim trupama, ali i umanjile pokušaje Njemačke da opskrbe svoje linije fronta. Na istočnom frontu sa nacističkom invazijom na Rusiju 1941, operacijom "Barbarosa", i ruski i njemački vojnici morali su izdržati užasne uslove tokom ruske zime. Dok je upotreba skijaške pešadije bila uobičajena u Crvenoj armiji, Njemačka je formirala samo jednu diviziju za kretanje na skijama.
 Korejski rat koji je trajao od 25. juna 1950. do primirja 27. jula 1953. počeo je kada je Sjeverna Koreja napala Južnu Koreju. Većina borbi se odvijala tokom zimskih uslova, uključujući snijeg, posebno tokom bitke kod rezervoara Chosin, što je bio očigledan primjer hladnoće koja je uticala na vojne operacije, posebno vozila i oružje.

 Također pogledajte 
 Mraz

 Reference 

 Vanjski linkovi 




Kategorija:Led
Kategorija:Oblici vode
Kategorija:Vremenske opasnosti