Lumi
Lumipeite, sen tutkimus ja mittaaminen

Ellei maahan satanut lumi sula heti, siitä muodostuu maan pinnalle lumipeite, kunnes se sulaa tai haihtuu. Jos kaikki lumi ei kesälläkään ehdi sulaa ja sitä kertyy maahan joka vuosi lisää, se kovettuu vähitellen jäätiköksi. Napa- ja vuoristojäätiköt ovatkin syntyneet näin.
Maassa oleva lumi on kolmen aineen, jääkiteiden, nestemäisen veden ja kostean ilman, seosta. Kiteiden muoto, koko ja sidostuneisuus muuttuvat koko ajan. Muuttumista eli metamorfoosia on kolmea lajia: sulamis-jäätymismetamorfoosia, hajottavaa metamorfoosia ja rakentavaa metamorfoosia. Viimeksi mainitussa muodostuu sokerimaista syväkuuraa, kun kosteasta ilmasta härmistyy kuuraa vanhojen jääkiteiden pintaan. Kevättalvella lumikerroksen pinta sulaa päivisin mutta jäätyy öisin ja muodostaa kovan kuoren. Lumi muuttuu myös tuulen vaikutuksesta tai pakkautuessaan liikenteen tai vaikkapa latukoneen alla.
Lumitutkimuksessa maassa oleva lumi luokitellaan kuuteen lumiluokkaan: tundralumi, taigalumi, vuoristolumi eli alppilumi, preerialumi, merilumi ja ajoittainen eli efemeraalinen lumi. Luokitus perustuu lumen fysikaalisiin ominaisuuksiin eli paksuuteen, tiheyteen, lämmönjohtavuuteen, kerrosten lukumäärään ja nestemäisen veden osuuteen. Tundralumi on kylmää ja ohutta, ja se koostuu syväkuurasta ja tuulen tiivistämistä kiteistä. Tuuli pakkaa myös preerialunta, mutta siinä on vähemmän syväkuuraa. Taigalumi on syvää, huokoista ja koostuu lähes pelkästään syväkuurasta. Merilumelle on ominaista se, että se sulaa ja jäätyy useita kertoja talven aikana ja syväkuuraa muodostuu vähemmän kuin muissa tyypeissä. Puuterilumi on puolestaan tyynellä ilmalla ja kovalla pakkasella satanutta lunta, johon metamorfoosi ei ole vielä ehtinyt vaikuttaa.
Kun lumi säilyy maassa pitempään kuin yhden talven, sitä aletaan kutsua ylivuotiseksi lumeksi. Jäätikkötieteessä se jaetaan vielä kahteen osaan: kun osittain sulaneen ja uudelleenkiteytyneen lumen tiheys on 0,5 g/cm3, sitä sanotaan névé-lumeksi, kun taas vielä tiheämmän, yleensä yli 0,55 g/cm3 lumen nimitys on firn. Jos firn tiivistyy edelleen siitä tulee jo jäätä. Muuttuminen névé-lumesta jäätiköksi kestää tyypillisesti 25–100 vuotta. Jäätikköjen jäässäkin on aina ilmakuplia; tuhansia vuosia vanhoista jäätiköistä kairattujen näytteiden ilmakuplista voidaan tutkia menneiden aikojen ilmakehää.
1900-luvulla sataneen lumen määrää mitattiin lähinnä niin, että lumen annettiin kertyä sademittariin, missä se sulatettiin ja kaadettiin mittalasiin. Näin saatiin tietää sataneen lumen vesimäärä eli massa. 2000-luvulla ovat yleistyneet punnitsevat sademittarit, jotka voivat mitata saman asian sulattamatta lunta. Lumen syvyyttä on perinteisesti mitattu lumikepillä, jonka varressa on mitta–asteikko. Uudet menetelmät ovat eräänlaisia kaikuluotaimia, jotka perustuvat ultraääneen. Lumen syvyyden muutos ei kuitenkaan ole sama kuin sataneen lumimäärän summa esimerkiksi kuukauden aikana, koska lumi maassa ollessaan tiivistyy, sulaa ja muuntuu kiderakenteeltaan. Lumen kaukokartoitus on ainoa tapa selvittää laajojen alueiden lumipeitteen muutoksia.
Lumen tiheydellä tarkoitetaan sataneen lumen vesimäärän ja lumensyvyyden muutoksen suhdetta. Perinteinen meteorologiassa käytetty arvio tästä suhteesta on 1:10, jolloin millimetri vettä vastaa senttimetriä lunta. Lumen tiheys vaihtelee kuitenkin säätilanteen mukaan. Kuohkeinta lunta sataa −15 asteen vaiheilla, mutta ratkaiseva ei ole pelkästään lämpötila maanpinnan lähellä vaan koko lumihiutaleen elinkaaren aikana pilvestä alkaen. Myös tuulen nopeus vaikuttaa lumen tiheyteen.
Lumen vesiarvo kertoo, kuinka paksua vesikerrosta tietyn paksuinen lumikerros vastaa. Lumen tiheys vaikuttaa sen vesiarvoon. Vesiarvo voidaan mitata paineanturilla tai lumivaa'alla. Toisin kuin usein luullaan, ei lumen massa lisäänny suojasäällä (lämpötila nousee nolla-asteen yläpuolelle). Sen sijaan lumen tiheys muuttuu ja tiiviimpää suojalunta mahtuu enemmän samaan tilaan kuin tiheydeltään harvempaa pakkaslunta. Jos siis vaikkapa katolla on paljon pakkaslunta ja lämpötila nousee plussan puolelle, ei katolla olevan lumen massa lisäänny yhtään. Jotta massa lisääntyisi, on lunta tai vettä tultava lisää katolle. Veden osalta käy vielä yleensä niin, että se vain nopeuttaa katolla olevan lumen sulamista, joten lumikuorma voikin päinvastoin entisestään keventyä.