Nieve
Definición
| Nieve | |
|---|---|
 Tren noruego arando a través de nieve derivada | |
| Las propiedades físicas de la nieve varían considerablemente de un evento a otro, de una muestra a otra y con el tiempo. | |
Las principales áreas propensas a la nieve incluyen las regiones polares, la mitad superior del hemisferio norte y las regiones montañosas en todo el mundo con suficiente humedad y temperaturas frías. En el Hemisferio Sur, la nieve se limita principalmente a las zonas montañosas, además de la Antártida.
La nieve afecta actividades humanas tales como el transporte: crea la necesidad de mantener despejadas las carreteras, las alas y las ventanas; agricultura: proporcionar agua a los cultivos y salvaguardar el ganado; deportes como el esquí, el snowboard y los viajes en motonieve; y guerra. La nieve también afecta a los ecosistemas al proporcionar una capa aislante durante el invierno bajo la cual las plantas y los animales pueden sobrevivir al frío.
Precipitación
La nieve se desarrolla en nubes que a su vez son parte de un sistema meteorológico más grande. La física del desarrollo de cristales de nieve en las nubes es el resultado de un conjunto complejo de variables que incluyen el contenido de humedad y las temperaturas. Las formas resultantes de los cristales caídos y caídos se pueden clasificar en varias formas básicas y combinaciones de los mismos. Ocasionalmente, algunos copos de nieve en forma de placa, dendríticos y estelares pueden formarse bajo un cielo despejado con una inversión de temperatura muy fría.
Formación de nubes
Las nubes de nieve generalmente ocurren en el contexto de sistemas meteorológicos más grandes, el más importante de los cuales es el área de baja presión, que típicamente incorpora frentes cálidos y fríos como parte de su circulación. Dos fuentes de nieve adicionales y localmente productivas son las tormentas con efecto lago (también el efecto del mar) y los efectos de elevación, especialmente en las montañas.
Áreas de baja presión
Los ciclones de latitudes medias son áreas de baja presión capaces de producir desde nebulosidad y suaves tormentas de nieve hasta tormentas de nieve fuertes. Durante la caída, el invierno y la primavera de un hemisferio, la atmósfera en los continentes puede ser lo suficientemente fría en la profundidad de la troposfera como para causar nevada. En el hemisferio norte, el lado norte del área de baja presión produce la mayor cantidad de nieve. Para las latitudes medias del sur, el lado de un ciclón que produce la mayor cantidad de nieve es el lado sur.
Frentes
Un frente frío, el borde delantero de una masa de aire más frío, puede producir nevascas frontales, una intensa línea convectiva frontal (similar a una banda de lluvia), cuando la temperatura es casi helada en la superficie. La fuerte convección que se desarrolla tiene suficiente humedad para producir condiciones de blanqueo en lugares donde la línea pasa a medida que el viento causa una intensa ventisca. Este tipo de nevada generalmente dura menos de 30 minutos en cualquier punto a lo largo de su trayectoria, pero el movimiento de la línea puede cubrir grandes distancias. Las ráfagas frontales pueden formarse a una corta distancia adelante del frente frío de la superficie o detrás del frente frío donde puede haber un sistema de baja presión que se profundiza o una serie de líneas de canales que actúan de manera similar a un pasaje frontal frío tradicional. En situaciones donde las ráfagas se desarrollan de forma post-frontal, no es inusual tener dos o tres bandas de turbonada lineal que pasan en rápida sucesión separadas solamente por 25 millas (40 kilómetros), cada una pasando el mismo punto con aproximadamente 30 minutos de diferencia. En los casos en que hay una gran cantidad de crecimiento vertical y mezcla, la borrasca puede desarrollar nubes cumulonimbus incrustadas que resultan en relámpagos y truenos que se denominan thundersnow.
Un frente cálido puede producir nieve durante un período, ya que el aire cálido y húmedo anula el aire bajo cero y crea precipitaciones en el límite. A menudo, la nieve pasa a la lluvia en el sector cálido detrás del frente.
Efectos del lago y el océano
La nieve con efecto de lago se produce en condiciones atmosféricas más frías cuando una masa de aire frío se mueve a través de largas extensiones de agua del lago, calentando la capa inferior de aire que recoge el vapor de agua del lago, asciende por el aire más frío, se congela y se congela. depositado en las orillas de sotavento (viento abajo).
El mismo efecto también ocurre sobre los cuerpos de agua salada, cuando se denomina nieve o efecto océano . El efecto se mejora cuando la masa orográfica en movimiento se eleva por la influencia orográfica de las elevaciones más altas en las orillas del sotavento. Este levantamiento puede producir bandas de precipitación angostas pero muy intensas, que se depositan a una velocidad de varios centímetros de nieve cada hora, lo que a menudo resulta en una gran cantidad de nieve total.
Las áreas afectadas por la nieve con efecto lago se llaman cinturones de nieve. Estas incluyen áreas al este de los Grandes Lagos, las costas occidentales del norte de Japón, la península de Kamchatka en Rusia y áreas cercanas al Gran Lago Salado, el Mar Negro, el Mar Caspio, el Mar Báltico y partes del norte del Océano Atlántico.
Efectos de montaña
Las nevadas orográficas o de socorro se producen cuando las masas de aire empujadas por el viento son empujadas hacia el costado de las formaciones terrestres elevadas, como las grandes montañas. El levantamiento de aire por el lado de una montaña o rango resulta en enfriamiento adiabático y, en última instancia, condensación y precipitación. La humedad se elimina por elevación orográfica, dejando un aire más seco y cálido en el lado descendente, a sotavento. La mayor productividad resultante de la caída de la nieve y la disminución de la temperatura con la elevación significa que la profundidad de la nieve y la persistencia estacional del manto de nieve aumentan con la elevación en las áreas propensas a la nieve.
Física de la nube
Un copo de nieve consiste en aproximadamente 10 moléculas de agua, que se agregan a su núcleo a diferentes velocidades y en diferentes patrones, dependiendo de la temperatura y humedad cambiante dentro de la atmósfera por la que cae el copo de nieve en su camino hacia el suelo. Como resultado, los copos de nieve varían entre ellos, mientras siguen patrones similares.
Los cristales de nieve se forman cuando se congelan diminutas gotitas de nubes superenfriadas (de aproximadamente 10 μm de diámetro). Estas gotitas pueden permanecer líquidas a temperaturas inferiores a -18 ° C (0 ° F), porque para congelar, algunas moléculas en la gota deben juntarse por casualidad para formar una disposición similar a la de un enrejado de hielo. Entonces la gota se congela alrededor de este "núcleo". En las nubes más cálidas, una partícula de aerosol o "núcleo de hielo" debe estar presente en (o en contacto con) la gota para actuar como un núcleo. Los núcleos de hielo son muy raros en comparación con los núcleos de condensación de nubes en los que se forman las gotas de líquido. Las arcillas, el polvo del desierto y las partículas biológicas pueden ser núcleos. Los núcleos artificiales incluyen partículas de yoduro de plata y hielo seco, y estos se utilizan para estimular la precipitación en la siembra de nubes.
Una vez que una gota se ha congelado, crece en el ambiente sobresaturado, uno donde el aire está saturado con respecto al hielo cuando la temperatura está por debajo del punto de congelación. La gotita luego crece por difusión de las moléculas de agua en el aire (vapor) sobre la superficie del cristal de hielo donde se recolectan. Debido a que las gotas de agua son mucho más numerosas que los cristales de hielo debido a su gran abundancia, los cristales pueden crecer a cientos de micras o milímetros de tamaño a expensas de las gotas de agua por el proceso Wegener-Bergeron-Findeisen. El agotamiento correspondiente de vapor de agua hace que los cristales de hielo crezcan a expensas de las gotitas. Estos cristales grandes son una fuente eficiente de precipitación, ya que caen a través de la atmósfera debido a su masa, y pueden colisionar y unirse en racimos o agregados.
Clasificación de los copos de nieve
La micrografía de miles de copos de nieve desde 1885 en adelante, comenzando con Wilson Alwyn Bentley, reveló la gran diversidad de copos de nieve dentro de un conjunto clasificable de patrones. Se han observado cristales de nieve que se asemejan mucho.
Nakaya desarrolló un diagrama de morfología de cristal, relacionando las formas de cristal con las condiciones de temperatura y humedad bajo las cuales se formaron, que se resumen en la siguiente tabla.
| Rango de temperatura | Rango de saturación | Tipos de cristal de nieve | |||
|---|---|---|---|---|---|
| DO | F | g / m | oz / cu yd | debajo de la saturación | por encima de la saturación |
| 0 a -3.5 | 32 a 26 | 0.0 a 0.5 | 0.000 a 0.013 | Placas sólidas | Placas delgadas Dendritas |
| -3.5 a -10 | 26 a 14 | 0.5 a 1.2 | 0.013 a 0.032 | Prismas sólidos Prismas huecos | Prismas huecos Agujas |
| -10 a -22 | 14 a -8 | 1.2 a 1.4 | 0.032 a 0.038 | Placas delgadas Placas sólidas | Placas seccionadas Dendritas |
| -22 a -40 | -8 a -40 | 1.2 a 0.1 | 0.0324 a 0.0027 | Placas delgadas Placas sólidas | Columnas Prismas |
Como Nakaya descubrió, la forma también es una función de si la humedad predominante está por encima o por debajo de la saturación. Los formularios por debajo de la línea de saturación tienden más hacia sólidos y compactos. Los cristales formados en aire sobresaturado tienden más hacia encaje, delicado y ornamentado. También se forman muchos patrones de crecimiento más complejos, como los planos laterales, las rosetas de bala y también los tipos planos según las condiciones y los núcleos de hielo. Si un cristal ha comenzado a formarse en un régimen de crecimiento de columna, a alrededor de -5 ° C (23 ° F), y luego cae en el régimen de placa más caliente, entonces la placa o cristales dendríticos brotan al final de la columna, produciendo llamado "columnas tapadas".
Magono y Lee idearon una clasificación de cristales de nieve recién formados que incluye 80 formas distintas. Documentaron cada uno con micrografías.
Acumulación
La nieve se acumula a partir de una serie de eventos de nieve, acentuados por el congelamiento y el deshielo, en áreas que son lo suficientemente frías como para retener la nieve en forma estacional o perenne. Las principales áreas propensas a la nieve incluyen el Ártico y la Antártida, el hemisferio norte y las regiones alpinas. El equivalente líquido de las nevadas se puede evaluar utilizando un indicador de nieve o con un pluviómetro estándar, ajustado para el invierno mediante la eliminación de un embudo y un cilindro interno. Ambos tipos de medidores derriten la nieve acumulada e informan la cantidad de agua recolectada. En algunas estaciones meteorológicas automáticas, se puede usar un sensor de profundidad de nieve ultrasónico para aumentar el pluviómetro.
Eventos de nieve
La ráfaga de nieve, la tormenta de nieve y la ventisca describen eventos de nieve de mayor duración e intensidad. Una tormenta de nieve es una condición climática que involucra la nieve y tiene diferentes definiciones en diferentes partes del mundo. En los Estados Unidos, se produce una tormenta de nieve cuando se cumplen dos condiciones durante un período de tres horas o más: un viento sostenido o ráfagas frecuentes de 35 millas por hora (56 km / h) y suficiente nieve en el aire para reducir la visibilidad de menos de 0.4 kilómetros (0.25 mi). En Canadá y el Reino Unido, los criterios son similares. Mientras que las fuertes nevadas a menudo ocurren durante las condiciones de ventisca, la nieve que cae no es un requisito, ya que la nieve que sopla puede crear una ventisca.
La intensidad de la tormenta de nieve se puede categorizar por la visibilidad y la profundidad de la acumulación. La intensidad de las nevadas está determinada por la visibilidad, de la siguiente manera:
- Luz : visibilidad mayor a 1 kilómetro (0.6 mi)
- Moderado : restricciones de visibilidad entre 0.5 y 1 kilómetro (0.3 y 0.6 mi)
- Pesado : la visibilidad es inferior a 0,5 kilómetros (0,3 mi)
La Clasificación Internacional de Nieve Temporal en el Terreno define "altura de nieve nueva" como la profundidad de nieve recién caída, en centímetros medida con una regla, que se acumuló en una tabla de snowboard durante un período de observación de 24 horas u otro intervalo de observación. Después de la medición, la nieve se despeja del tablero y la placa se coloca al ras con la superficie de la nieve para proporcionar una medición precisa al final del próximo intervalo. La fusión, la compactación, el soplado y la deriva contribuyen a la dificultad de medir las nevadas.
Distribución
Glaciares con sus snowpacks permanentes cubren aproximadamente el 10% de la superficie de la tierra, mientras que la nieve estacional abarca aproximadamente el nueve por ciento, sobre todo en el hemisferio norte, donde la nieve estacional cubre unos 40 millones de kilómetros cuadrados (15 × 10 millas cuadradas), de acuerdo con una estimación 1987 . Una estimación de 2007 de la capa de nieve sobre el hemisferio norte sugiere que, en promedio, la cobertura de nieve varía desde un mínimo de 2 millones de kilómetros cuadrados (0,77 × 10 millas cuadradas) cada agosto hasta un máximo de 45 millones de kilómetros cuadrados (17 × 10 sq mi) cada enero o casi la mitad de la superficie de la tierra en ese hemisferio. Un estudio de la extensión de la capa de nieve del Hemisferio Norte durante el período 1972-2006 sugiere una reducción de 0.5 millones de kilómetros cuadrados (0.19× 10 millas cuadradas) durante el período de 35 años.
Archivos
Los siguientes son récords mundiales con respecto a las nevadas y los copos de nieve:
- Nevadas totales estacionales más altas: el récord mundial de la mayor nevada total estacional se midió en los Estados Unidos en el monte. Baker Ski Area, en las afueras de la ciudad de Bellingham, Washington, durante la temporada 1998-1999. Mount Baker recibió 2.896 cm (95.01 pies) de nieve, superando así al poseedor del récord anterior, Mount Rainier, Washington, que durante la temporada 1971-1972 recibió 2.850 cm (93.5 pies) de nieve.
- Mayor nieve anual media estacional - El récord mundial de la mayor caída de nieve media anual es de 1.764 cm (57.87 pies), medidos en Sukayu Onsen, Japón para el período de 1981-2010.
- Copos de nieve más grandes : los récords mundiales de Guinness enumeran los copos de nieve más grandes del mundo como los de enero de 1887 en Fort Keogh, Montana; supuestamente uno mide 38 cm (15 in) de ancho.
Metamorfosis
Después de la deposición, la nieve progresa en uno de los dos caminos que determinan su destino, ya sea la ablación (principalmente por fusión) o la transición de firn (nieve de varios años) al hielo glacial . Durante esta transición, la nieve "es un material altamente poroso y sinterizado formado por una estructura continua de hielo y un espacio de poro conectado continuamente, formando juntos la microestructura de la nieve". Casi siempre cerca de su temperatura de fusión, un manto de nieve está transformando continuamente estas propiedades en un proceso, conocido como metamorfismo, en donde las tres fases de agua pueden coexistir, incluyendo agua líquida que llena parcialmente el espacio de poro. Comenzando como una deposición pulverulenta, la nieve se vuelve más granular cuando comienza a compactarse por su propio peso, ser soplada por el viento, sinterizar partículas juntas y comenzar el ciclo de fusión y recongelación. El vapor de agua juega un papel ya que deposita cristales de hielo, conocidos como escarcha, durante las condiciones de frío y quietud.
Paquete de nieve estacional
Con el paso del tiempo, una capa de nieve puede asentarse por su propio peso hasta que su densidad sea aproximadamente del 30% de agua. Los aumentos en la densidad por encima de esta compresión inicial se producen principalmente por fusión y congelación, causados por temperaturas superiores al punto de congelación o por radiación solar directa. En climas más fríos, la nieve yace en el suelo todo el invierno. A finales de la primavera, las densidades de nieve generalmente alcanzan un máximo del 50% de agua. La nieve que persiste en el verano evoluciona hacia névé, nieve granular, que ha sido parcialmente derretida, recongelada y compactada. Névé tiene una densidad mínima de 500 kilogramos por metro cúbico (31 lb / cu ft), que es aproximadamente la mitad de la densidad del agua líquida.
Firn
Firn es nieve que ha persistido durante muchos años y ha sido recristalizada en una sustancia más densa que névé, pero menos densa y dura que el hielo glacial. Firn se asemeja al azúcar apelmazado y es muy resistente a palear. Su densidad generalmente varía de 550 kilogramos por metro cúbico (34 lb / pies cúbicos) a 830 kilogramos por metro cúbico (52 lb / pies cúbicos), y a menudo se puede encontrar debajo de la nieve que se acumula en la cabecera de un glaciar. La altitud mínima que acumula se acumula en un glaciar se denomina límite de firn , línea de firn o línea de nieve .
Movimiento
Existen cuatro mecanismos principales para el movimiento de nieve depositada: deriva de nieve no sinterizada, avalanchas de nieve acumulada en pendientes pronunciadas, derretimiento de nieve durante las condiciones de deshielo y el movimiento de los glaciares después de que la nieve persiste durante muchos años y se metamorfosea en hielo glaciar.
Drifting
Cuando es polvoriento, la nieve se desplaza con el viento desde el lugar donde originalmente cayó, formando depósitos con una profundidad de varios metros en lugares aislados. Después de adherirse a las laderas, la nieve quemada puede convertirse en una losa de nieve, que es un peligro de avalanchas en las laderas empinadas.
avalancha
Una avalancha (también llamada deslizamiento de nieve o deslizamiento de nieve) es un flujo rápido de nieve que desciende por una superficie inclinada. Las avalanchas normalmente se activan en una zona de inicio debido a una falla mecánica en el manto de nieve (avalancha de losa) cuando las fuerzas sobre la nieve exceden su fuerza pero a veces solo con un ensanchamiento gradual (avalancha de nieve suelta). Después de la iniciación, las avalanchas generalmente se aceleran rápidamente y crecen en masa y volumen a medida que arrastran más nieve. Si la avalancha se mueve lo suficientemente rápido, parte de la nieve puede mezclarse con el aire y formar una avalancha de nieve en polvo, que es un tipo de corriente de gravedad. Ocurren en tres mecanismos principales:
- Las avalanchas de losas se producen en la nieve que ha sido depositada o redepositada por el viento. Tienen la apariencia característica de un bloque (losa) de nieve cortada de su entorno por fracturas. Estos representan la mayoría de las muertes en el interior del país.
- Las avalanchas de nieve en polvo son el resultado de una deposición de polvo seco fresco y generan una nube de polvo que se superpone a una densa avalancha. Pueden superar velocidades de 300 kilómetros por hora (190 mph) y masas de 10,000,000 toneladas (9,800,000 toneladas largas, 11,000,000 toneladas cortas); sus flujos pueden viajar largas distancias a lo largo de fondos de valles planos e incluso cuesta arriba por distancias cortas.
- Las avalanchas de nieve húmeda son una suspensión de nieve y agua a baja velocidad, con el flujo confinado a la superficie del camino. La baja velocidad de desplazamiento se debe a la fricción entre la superficie deslizante de la vía y el flujo saturado de agua. A pesar de la baja velocidad de viaje (~ 10 a 40 kilómetros por hora (6 a 25 mph)), las avalanchas de nieve húmeda son capaces de generar poderosas fuerzas destructivas, debido a la gran masa y densidad.
Deshielo
Muchos ríos que se originan en regiones montañosas o de alta latitud reciben una porción significativa de su flujo del deshielo. Esto a menudo hace que el flujo del río sea altamente estacional y ocasione inundaciones periódicas durante los meses de primavera y al menos en regiones montañosas secas como la montaña al oeste de los EE. UU. O la mayoría de Irán y Afganistán, flujo muy bajo durante el resto del año. Por el contrario, si gran parte de la masa fundida proviene de áreas glaciares o casi glaciares, la fusión continúa durante la temporada cálida, con flujos máximos que ocurren a mediados o fines del verano.
Glaciares
Los glaciares se forman donde la acumulación de nieve y hielo excede la ablación. El área en la que se forma un glaciar alpino se llama circo (corrie o cwm), una característica geológica típicamente en forma de butaca, que recoge la nieve y donde la capa de nieve se compacta bajo el peso de sucesivas capas de acumulación de nieve, formando névé. El aplastamiento adicional de los cristales de nieve individuales y la reducción del aire atrapado en la nieve lo convierten en "hielo glacial". Este hielo glacial llenará el circo hasta que se "desborde" a través de una debilidad geológica o una vacante, como la brecha entre dos montañas. Cuando la masa de nieve y hielo es suficientemente gruesa, comienza a moverse debido a una combinación de la pendiente de la superficie, la gravedad y la presión. En pendientes más pronunciadas, esto puede ocurrir con tan solo 15 m (50 pies) de nieve-hielo.
Ciencia de la nieve
Los científicos estudian la nieve en una amplia variedad de escalas que incluyen la física de los enlaces químicos y las nubes; la distribución, acumulación, metamorfosis y ablación de bolsas de nieve; y la contribución del deshielo a la hidráulica del río y la hidrología del suelo. Al hacerlo, emplean una variedad de instrumentos para observar y medir los fenómenos estudiados. Sus hallazgos contribuyen al conocimiento aplicado por ingenieros, que adaptan vehículos y estructuras a la nieve, por agrónomos, que abordan la disponibilidad de deshielo para la agricultura, y aquellos que diseñan equipos para actividades deportivas en la nieve. Los científicos desarrollan y otros emplean sistemas de clasificación de nieve que describen sus propiedades físicas en escalas que van desde el cristal individual hasta el manto de nieve agregado. Una sub-especialidad son avalanchas,
La ciencia de la nieve aborda cómo las formas de nieve, su distribución y procesos afectan la forma en que las bolsas de nieve cambian con el tiempo. Los científicos mejoran el pronóstico de tormentas, estudian la cobertura de nieve global y su efecto sobre el clima, los glaciares y el suministro de agua en todo el mundo. El estudio incluye las propiedades físicas del material a medida que cambia, las propiedades a granel de los paquetes de nieve in situ y las propiedades agregadas de las regiones con capa de nieve. Al hacerlo, emplean técnicas de medición física en el terreno para establecer la verdad sobre el terreno y las técnicas de teledetección para desarrollar la comprensión de los procesos relacionados con la nieve en grandes áreas.
Medición y clasificación
En el campo, los expertos en nieve a menudo excavan un hoyo de nieve dentro del cual pueden realizar mediciones básicas y observaciones. Las observaciones pueden describir características causadas por viento, filtración de agua o descarga de nieve de los árboles. La filtración de agua en un manto de nieve puede crear dedos de flujo y encharcamiento o flujo a lo largo de barreras capilares, que pueden volver a congelarse en formaciones de hielo sólido horizontales y verticales dentro de la capa de nieve. Entre las medidas de las propiedades de los snowpacks que la Clasificación Internacional de Nieve de temporada en el suelo Incluye: altura de la nieve, equivalente de agua de nieve, resistencia a la nieve y extensión de la capa de nieve. Cada uno tiene una designación con código y descripción detallada. La clasificación amplía las clasificaciones anteriores de Nakaya y sus sucesores a los tipos de precipitación relacionados y se citan en la siguiente tabla:
| Subclase | Forma | Proceso físico |
|---|---|---|
| Graupel | Partículas fuertemente rizadas, esféricas, cónicas, forma hexagonal o irregular | Borde pesado de partículas por acreción de gotitas de agua super enfriadas |
| Granizo | Estructura interna laminar, translúcida o superficie vidriada lechosa | Crecimiento por acreción de agua sobreenfriada, tamaño:> 5 mm |
| Gránulos de hielo | Transparente, en su mayoría pequeños esferoides | Congelación de gotas de lluvia o recongelamiento de cristales de nieve o copos de nieve en gran parte derretidos (aguanieve). Pellets de nieve o gránulos envueltos en fina capa de hielo (granizo pequeño). Tamaño: ambos 5 mm |
| Escarcha | Depósitos irregulares o conos más largos y agujas apuntando al viento | Acreción de pequeñas gotas de niebla superenfriadas congeladas en su lugar. Se forma una capa delgada y quebradiza sobre la superficie de la nieve si el proceso continúa el tiempo suficiente. |
Todos están formados en la nube, a excepción de la escarcha, que se forma en los objetos expuestos a la humedad superenfriada.
También tiene una clasificación más extensa de nieve depositada que aquellos que pertenecen a la nieve en el aire. Las categorías incluyen tanto tipos de nieve natural como artificial, descripciones de cristales de nieve a medida que se metamorfosean y se derriten, el desarrollo de la escarcha en el paquete de nieve y la formación de hielo en el mismo. Cada capa de un manto de nieve se diferencia de las capas adyacentes por una o más características que describen su microestructura o densidad, que en conjunto definen el tipo de nieve y otras propiedades físicas. Por lo tanto, en cualquier momento, el tipo y el estado de la nieve que forma una capa deben definirse porque sus propiedades físicas y mecánicas dependen de ellos. Las propiedades físicas incluyen microestructura, tamaño y forma del grano, densidad de la nieve, contenido de agua líquida y temperatura.
Datos satelitales
La detección remota de paquetes de nieve con satélites y otras plataformas generalmente incluye una colección de imágenes multiespectrales. La interpretación multifacética de los datos obtenidos permite inferencias sobre lo que se observa. La ciencia detrás de estas observaciones remotas se ha verificado con estudios de la verdad del terreno de las condiciones reales.
Las observaciones satelitales registran una disminución en las áreas cubiertas de nieve desde la década de 1960, cuando los satélites comenzaron las observaciones por satélite. En algunas áreas, incluida China, la capa de nieve ha aumentado. En algunas regiones, como China, se ha observado una tendencia al aumento de la capa de nieve desde 1978 hasta 2006. Estos cambios se atribuyen al cambio climático global, que puede conducir a un derretimiento más temprano y una menor cobertura del océano. Sin embargo, en algunas áreas puede haber un aumento en la profundidad de la nieve debido a las temperaturas más altas para las latitudes al norte de 40 °. Para el Hemisferio Norte en su conjunto, la extensión mensual de la cubierta de nieve ha disminuido en un 1.3% por década.
Los métodos más utilizados para mapear y medir la extensión de la nieve, la profundidad de la nieve y el equivalente de agua de nieve emplean múltiples entradas en el espectro de infrarrojo visible para deducir la presencia y las propiedades de la nieve. El Centro Nacional de Datos de Nieve y Hielo (NSIDC) utiliza la reflectancia de radiación visible e infrarroja para calcular un índice de nieve de diferencia normalizada, que es una proporción de parámetros de radiación que puede distinguir entre nubes y nieve. Otros investigadores han desarrollado árboles de decisión, que emplean los datos disponibles para realizar evaluaciones más precisas. Un desafío para esta evaluación es cuando la capa de nieve es irregular, por ejemplo durante períodos de acumulación o ablación y también en áreas boscosas. La cubierta de nubes inhibe la detección óptica de la reflectancia de la superficie, lo que ha llevado a otros métodos para estimar las condiciones del terreno debajo de las nubes. Para los modelos hidrológicos, es importante tener información continua sobre la capa de nieve. Los sensores pasivos de microondas son especialmente valiosos para la continuidad temporal y espacial porque pueden mapear la superficie debajo de las nubes y en la oscuridad. Cuando se combina con mediciones reflectivas, la detección pasiva de microondas amplía enormemente las inferencias posibles sobre el manto de nieve.
Modelos
La ciencia de la nieve a menudo conduce a modelos predictivos que incluyen la deposición de nieve, derretimiento de la nieve e hidrología de la nieve, elementos del ciclo del agua de la Tierra, que ayudan a describir el cambio climático global.
Los modelos globales de cambio climático (GCM) incorporan la nieve como un factor en sus cálculos. Algunos aspectos importantes de la capa de nieve incluyen su albedo (reflectividad de la radiación incidente, incluida la luz) y cualidades aislantes, que ralentizan la velocidad del derretimiento estacional del hielo marino. A partir de 2011, se pensó que la fase de fusión de los modelos de nieve GCM funcionaba mal en regiones con factores complejos que regulan la fusión de la nieve, como la cubierta vegetal y el terreno. Estos modelos normalmente obtienen equivalente de agua de nieve (SWE) de alguna manera a partir de observaciones satelitales de la capa de nieve. La Clasificación Internacional de Nieve Temporal en el Terreno define SWE como "la profundidad de agua que resultaría si la masa de nieve se derritiera por completo".
Dada la importancia del deshielo para la agricultura, los modelos de escorrentía hidrológica que incluyen nieve en sus predicciones abordan las fases de acumulación de nieve acumulada, procesos de derretimiento y distribución del agua de deshielo a través de las redes de arroyos y hacia las aguas subterráneas. La clave para describir los procesos de fusión es el flujo de calor solar, la temperatura ambiente, el viento y la precipitación. Los modelos iniciales de fusión de nieve utilizaron un enfoque de grados-día que enfatizaba la diferencia de temperatura entre el aire y el manto de nieve para calcular el equivalente de agua de nieve, SWE. Los modelos más recientes usan un enfoque de balance de energía que toma en cuenta los siguientes factores para calcular Q m, la energía disponible para fundir. Esto requiere la medición de una matriz de acumulación de nieve y factores ambientales para calcular seis mecanismos de flujo de calor que contribuyen a Q m .
Efectos en la actividad humana
La nieve afecta la actividad humana en cuatro áreas principales: transporte, agricultura, estructuras y deportes. La mayoría de los modos de transporte están obstaculizados por la nieve en la superficie de viaje. La agricultura a menudo depende de la nieve como fuente de humedad estacional. Las estructuras pueden fallar bajo cargas de nieve. Los seres humanos encuentran una gran variedad de actividades recreativas en paisajes nevados.
Transporte
La nieve afecta los derechos de paso de autopistas, aeródromos y ferrocarriles. Comparten una herramienta común para despejar la nieve, el quitanieves. Sin embargo, la aplicación es diferente en cada caso, mientras que las carreteras emplean productos químicos anticongelantes para evitar la formación de enlaces de hielo, los aeródromos no; los ferrocarriles se basan en abrasivos para mejorar la tracción en las pistas.
Autopista
A finales del siglo 20, estimado de $ 2 mil millones se gastan anualmente en Norteamérica el mantenimiento de invierno carretera, debido a la nieve y otros fenómenos meteorológicos de invierno, según un informe de 1994 de Kuemmel. El estudio examinó las prácticas de las jurisdicciones dentro de 44 estados de EE. UU. Y nueve provincias canadienses. Evaluó las políticas, prácticas y equipos utilizados para el mantenimiento de invierno. Encontró prácticas y progresos similares en Europa.
El efecto dominante de la nieve sobre el contacto del vehículo con la carretera es la disminución de la fricción. Esto se puede mejorar con el uso de neumáticos para nieve, que tienen una banda de rodadura diseñada para compactar la nieve de una manera que mejora la tracción. Sin embargo, la clave para mantener un camino que pueda acomodar el tráfico durante y después de un evento de nieve es un programa eficaz contra el hielo que emplea tanto productos químicos como arado. El Manual de práctica de la FHWA para un programa efectivo contra el hielo enfatiza los procedimientos de "antihielo" que previenen la unión de la nieve y el hielo a la carretera. Los aspectos clave de la práctica incluyen: comprender el anticongelante a la luz del nivel de servicio que se debe lograr en una carretera determinada, las condiciones climáticas que se deben encontrar y los diferentes roles de los materiales y aplicaciones de deshielo, antihielo y abrasivos, y empleando "cajas de herramientas" anticongelantes, una para las operaciones, una para la toma de decisiones y otra para el personal. Los elementos de las cajas de herramientas son:
- Operaciones : se refiere a la aplicación de productos químicos sólidos y líquidos, utilizando diversas técnicas, incluida la prehumectación de sales de cloruro. También aborda la capacidad de arado, incluidos los tipos de quitanieves y cuchillas utilizadas.
- Toma de decisiones : combina la información del pronóstico del tiempo con la información del camino para evaluar las próximas necesidades de aplicación de los activos y la evaluación de la efectividad del tratamiento con las operaciones en curso.
- Personal : se ocupa de la capacitación y el despliegue del personal para ejecutar de manera efectiva el programa antihielo, utilizando los materiales, el equipo y los procedimientos adecuados.
El manual ofrece matrices que abordan diferentes tipos de nieve y la tasa de nieve para adaptar las aplicaciones de manera adecuada y eficiente.
Las vallas de nieve, construidas contra el viento de las carreteras, controlan la deriva de la nieve al provocar que la nieve arrastrada por el viento se acumule en un lugar deseado. También se usan en los ferrocarriles. Además, los agricultores y ganaderos utilizan vallas de nieve para crear derivas en las cuencas para un suministro de agua en la primavera.
Aviación
Para mantener abiertos los aeropuertos durante las tormentas de invierno, las pistas y las calles de rodaje requieren remoción de nieve. A diferencia de las carreteras, donde el tratamiento químico con cloruro es común para evitar que la nieve se adhiera a la superficie del pavimento, tales sustancias químicas generalmente están prohibidas en los aeropuertos debido a su fuerte efecto corrosivo en las aeronaves de aluminio. En consecuencia, los cepillos mecánicos se utilizan a menudo para complementar la acción de los quitanieves. Dado el ancho de las pistas en los aeródromos que manejan aeronaves de gran tamaño, vehículos con grandes palas de arado, un escalón de vehículos con arado o quitanieves rotativos se utilizan para despejar la nieve en las pistas y calles de rodaje. Los delantales terminales pueden requerir 6 hectáreas (15 acres) o más para limpiarse.
Los aviones debidamente equipados pueden volar a través de las tormentas de nieve según las reglas de vuelo del Instrumento. Antes del despegue, durante las tormentas de nieve requieren fluido de deshielo para evitar la acumulación y la congelación de nieve y otras precipitaciones en las alas y fuselajes, lo que puede comprometer la seguridad de la aeronave y sus ocupantes. En vuelo, las aeronaves dependen de una variedad de mecanismos para evitar la escarcha y otros tipos de formación de hielo en las nubes, que incluyen botas neumáticas pulsantes, áreas electrotérmicas que generan calor y desintegradores de líquidos que sangran en la superficie.
Carril
Los ferrocarriles han empleado tradicionalmente dos tipos de quitanieves para despejar pista, el arado de cuña, que arroja nieve a ambos lados, y el quitanieves rotatorio, que es adecuado para hacer frente a fuertes nevadas y arrojar nieve a un lado o al otro. Antes de la invención de la máquina quitanieves giratoria ca. 1865, requirió múltiples locomotoras para conducir un arado de cuña a través de la nieve profunda. Después de despejar la pista con dichos arados, se usa un "flanger" para despejar la nieve de entre los rieles que están por debajo del alcance de los otros tipos de arado. Cuando la formación de hielo puede afectar el contacto de acero con acero de las ruedas de la locomotora en la vía, se han utilizado abrasivos (generalmente arena) para proporcionar tracción en las pendientes más empinadas.
Los ferrocarriles emplean cobertizos de nieve, estructuras que cubren la pista, para evitar la acumulación de nieve o avalanchas que cubren las pistas en áreas montañosas nevadas, como los Alpes y las Montañas Rocosas.
- Quitanieves para diferentes modos de transporte
Camiones arando nieve en una carretera en Missouri
Las operaciones de limpieza de nieve en los aeropuertos incluyen arar y cepillar
Quitanieves de perfil bajo, montado en el tren suizo
Caminos y pistas de nieve
La nieve se puede compactar para formar un camino de nieve y ser parte de una ruta de carreteras de invierno para que los vehículos tengan acceso a comunidades aisladas o proyectos de construcción durante el invierno. La nieve también se puede utilizar para proporcionar la estructura de soporte y la superficie para una pista, como con el Phoenix Airfield en la Antártida. La pista compactada con nieve está diseñada para soportar aproximadamente 60 vuelos con ruedas de aviones militares pesados al año.
Agricultura
Las nevadas pueden ser beneficiosas para la agricultura al servir como un aislante térmico, conservando el calor de la Tierra y protegiendo los cultivos del clima bajo cero. Algunas áreas agrícolas dependen de una acumulación de nieve durante el invierno que se derretirá gradualmente en primavera, proporcionando agua para el crecimiento del cultivo, tanto directamente como a través de la escorrentía a través de arroyos y ríos, que suministran canales de riego. Los siguientes son ejemplos de ríos que dependen del agua de deshielo de los glaciares o del manto de nieve estacional como una parte importante de su flujo del que depende la irrigación: el Ganges, muchos de cuyos afluentes se elevan en el Himalaya y proporcionan mucha irrigación en el noreste de India, el río Indus , que se eleva en el Tíbet y proporciona agua de riego a Pakistán desde los glaciares tibetanos que se retiran rápidamente, y el río Colorado,
Estructuras
La nieve es una consideración importante para las cargas en las estructuras. Para abordar estos problemas, los países europeos emplean el Eurocódigo 1: Acciones en las estructuras. Parte 1-3: Acciones generales: cargas de nieve . En América del Norte, las cargas mínimas de diseño de ASCE para edificios y otras estructuras brindan orientación sobre las cargas de nieve. Ambos estándares emplean métodos que traducen las cargas nevadas de nieve máximas esperadas en cargas de diseño para techos.
Techos
Las cargas de nieve y los glaseados son dos problemas principales para los techos. Las cargas de nieve están relacionadas con el clima en el que se encuentra una estructura. Los glaseados suelen ser el resultado de la construcción o la estructura que genera calor que derrite la nieve que está sobre él.
Las cargas de nieve - Las cargas de diseño mínimo para edificios y otras estructuras proporciona orientación sobre cómo traducir los siguientes factores en las cargas de nieve del techo:
- Cargas de nieve en tierra
- Exposición del techo
- Propiedades térmicas del techo
- Forma del techo
- Drifting
- Importancia del edificio
Proporciona tablas para las cargas de nieve en tierra por región y una metodología para calcular las cargas de nieve en tierra que pueden variar con la elevación de los valores medidos cercanos. El Eurocódigo 1 utiliza metodologías similares, comenzando con cargas de nieve en tierra que se tabulan para partes de Europa.
Icings - Los techos también deben diseñarse para evitar las presas de hielo, que son el resultado de la fusión del agua bajo la nieve en el techo y la congelación en el alero. Las presas de hielo en los techos se forman cuando la nieve acumulada en un techo inclinado se derrite y fluye por el techo, bajo la capa aislante de nieve, hasta que alcanza la temperatura bajo cero, típicamente en los aleros. Cuando el agua de deshielo alcanza el aire helado, el hielo se acumula, formando una presa, y la nieve que se derrite más tarde no puede drenar adecuadamente a través de la presa. Las presas de hielo pueden dañar los materiales de construcción o dañarse o dañarse cuando se cae la barrera de hielo o cuando se intenta retirar las presas de hielo. La fusión es el resultado del calor que pasa a través del techo bajo la capa de nieve altamente aislante.
Líneas de utilidad
En áreas con árboles, las líneas de distribución de servicios públicos en los postes son menos susceptibles a las cargas de nieve que las que están sujetas a daños por los árboles que caen sobre ellas, caídas por nieve pesada y húmeda. En otros lugares, la nieve puede acumularse en las líneas eléctricas como "mangas" de escarcha. Los ingenieros diseñan para tales cargas, que se miden en kg / m (lb / ft) y las compañías eléctricas tienen sistemas de previsión que anticipan los tipos de clima que pueden causar tales acumulaciones. El hielo de escarcha se puede eliminar manualmente o creando un cortocircuito suficiente en el segmento afectado de las líneas eléctricas para derretir las acreciones.
Deportes y Recreación
La nieve representa muchos deportes de invierno y formas de recreación, como el esquí y el trineo. Ejemplos comunes incluyen esquí de fondo, esquí alpino, snowboard, raquetas de nieve y motos de nieve. El diseño del equipo utilizado, por lo general, depende de la resistencia a la nieve, como los esquís o las tablas de snowboard, y responde al coeficiente de fricción de la nieve para permitir el deslizamiento, a menudo mejorado por las ceras de esquí.
El esquí es, con mucho, la forma más grande de recreación invernal. Desde 1994, de los 65-75 millones de esquiadores estimados en todo el mundo, había aproximadamente 55 millones que se dedicaban al esquí alpino, el resto se dedicaba al esquí de fondo. Aproximadamente 30 millones de esquiadores (de todo tipo) se encontraban en Europa, 15 millones en los EE. UU. Y 14 millones en Japón. A partir de 1996, se informó que había 4.500 áreas de esquí, operando 26,000 remontes y disfrutando de 390 millones de visitas de esquiadores por año. La región preponderante para el esquí alpino fue Europa, seguida de Japón y EE. UU.
Cada vez más, las estaciones de esquí confían en la producción de nieve, la producción de nieve al forzar el agua y el aire presurizado a través de una pistola de nieve en las pistas de esquí. La fabricación de nieve se utiliza principalmente para complementar la nieve natural en las estaciones de esquí. Esto les permite mejorar la fiabilidad de su capa de nieve y extender sus estaciones de esquí desde finales de otoño hasta principios de primavera. La producción de nieve requiere bajas temperaturas. La temperatura umbral para hacer nieve aumenta a medida que disminuye la humedad. La temperatura de bulbo húmedo se usa como una métrica ya que toma en cuenta la temperatura del aire y la humedad relativa. La fabricación de nieve es un proceso relativamente costoso en su consumo de energía, lo que limita su uso.
La cera de esquí mejora la capacidad de un esquí u otro corredor para deslizarse sobre la nieve, lo que depende tanto de las propiedades de la nieve como del esquí para dar como resultado una cantidad óptima de lubricación al derretir la nieve por fricción con el esquí: muy poco y el esquí interactúa con cristales de nieve sólida, demasiado y la atracción capilar del agua de deshielo retarda el esquí. Antes de que un esquí pueda deslizarse, debe superar el valor máximo de fricción estática. La fricción cinética (o dinámica) ocurre cuando el esquí se mueve sobre la nieve.
Guerra
La nieve afecta la guerra que se lleva a cabo en invierno, en ambientes alpinos o en latitudes altas. Los principales factores son la visibilidad reducida para la adquisición de objetivos durante la caída de la nieve, la visibilidad mejorada de los objetivos contra los fondos nevados para la orientación, y la movilidad tanto para las tropas mecanizadas como de infantería. Las nevadas también pueden inhibir severamente la logística del suministro de tropas. La nieve también puede proporcionar cobertura y fortificación contra el fuego de armas pequeñas. Las campañas de guerra de invierno notadas donde la nieve y otros factores afectaron las operaciones incluyen:
- La invasión francesa de Rusia, donde las pobres condiciones de tracción para los caballos mal calzados dificultaban que los vagones de suministros se mantuvieran al ritmo de las tropas. Esa campaña también se vio fuertemente afectada por el frío, por lo que el ejército en retirada llegó a Neman River en diciembre de 1812 con solo 10,000 de los 420,000 que se habían propuesto invadir Rusia en junio del mismo año.
- La Guerra de Invierno, un intento de la Unión Soviética de tomar territorio en Finlandia a fines de 1939 demostró tácticas superiores de invierno del Ejército de Finlandia, con respecto a la movilidad sobre la nieve, el camuflaje y el uso del terreno.
- La Batalla de las Ardenas, una contraofensiva alemana durante la Segunda Guerra Mundial, que comenzó el 16 de diciembre de 1944, estuvo marcada por fuertes tormentas de nieve que obstaculizaron el apoyo aéreo aliado para las tropas terrestres, pero también perjudicaron los intentos alemanes de suministrar sus líneas de frente. En el frente oriental con la invasión nazi de Rusia en 1941, la Operación Barbarroja, tanto los soldados rusos como los alemanes tuvieron que soportar condiciones terribles durante el invierno ruso. Mientras que el uso de la infantería de esquí era común en el Ejército Rojo, Alemania formó una sola división para el movimiento sobre esquís.
- La Guerra de Corea, que duró desde el 25 de junio de 1950 hasta un armisticio el 27 de julio de 1953, comenzó cuando Corea del Norte invadió Corea del Sur. Gran parte de los combates ocurrieron durante las condiciones invernales, involucrando nieve, especialmente durante la Batalla de Chosin Reservoir, que fue un claro ejemplo de frío que afectó las operaciones militares, especialmente vehículos y armas.
- Operaciones militares en la nieve
Vivaque de la Grande Armée de Napoleón, durante el retiro de invierno de Moscú
Tropas de esquí finlandesas durante la invasión de Finlandia por la Unión Soviética
Vehículos del ejército que lidian con la nieve durante la Batalla de las Ardenas de la Segunda Guerra Mundial.
Preparativos militares noruegos durante el ejercicio de respuesta fría de 2009
Entrenamiento de Navy SEAL para la guerra de invierno en Mammoth Mountain, California.
Efectos en los ecosistemas
Tanto las plantas como la vida animal endémica de las áreas cubiertas de nieve desarrollan formas de adaptarse. Entre los mecanismos de adaptación para las plantas se encuentran la latencia, la muerte regresiva estacional, la supervivencia de las semillas; y para los animales hay hibernación, aislamiento, química anticongelante, almacenamiento de alimentos, extracción de reservas del interior del cuerpo y agrupamiento para el calor mutuo.
Vida vegetal
La nieve interactúa con la vegetación de dos maneras principales, la vegetación puede influir en la deposición y retención de la nieve y, a la inversa, la presencia de nieve puede afectar la distribución y el crecimiento de la vegetación. Las ramas de los árboles, especialmente de las coníferas, interceptan la nieve que cae y evitan la acumulación en el suelo. La nieve suspendida en los árboles se erosiona más rápidamente que en el suelo, debido a su mayor exposición al movimiento del sol y del aire. Los árboles y otras plantas también pueden promover la retención de la nieve en el suelo, que de otro modo sería arrastrada por el viento o derretida por el sol. La nieve afecta la vegetación de varias maneras, la presencia de agua almacenada puede promover el crecimiento, sin embargo, el crecimiento anual del crecimiento depende de la salida del manto de nieve para las plantas que están enterradas debajo de ella. Además,
Vida animal
Snow admite una amplia variedad de animales tanto en la superficie como debajo. Muchos invertebrados prosperan en la nieve, incluyendo arañas, avispas, escarabajos, alacrán de nieve y colémbolos. Tales artrópodos son típicamente activos a temperaturas de hasta -5 ° C (23 ° F). Los invertebrados se dividen en dos grupos, con respecto a las temperaturas de congelación supervivientes: los resistentes a la congelación y los que evitan la congelación porque son sensibles a la congelación. El primer grupo puede ser resistente al frío debido a la capacidad de producir agentes anticongelantes en sus fluidos corporales que permiten la supervivencia de una exposición prolongada a condiciones de sub-congelación. Algunos organismos ayunan durante el invierno, lo que expulsa contenidos sensibles a la congelación de sus tractos digestivos. La capacidad de sobrevivir a la ausencia de oxígeno en el hielo es un mecanismo de supervivencia adicional.
Pequeños vertebrados están activos debajo de la nieve. Entre los vertebrados, las salamandras alpinas están activas en la nieve a temperaturas tan bajas como -8 ° C (18 ° F); salen a la superficie en primavera y ponen sus huevos en estanques de deshielo. Entre los mamíferos, aquellos que permanecen activos son típicamente más pequeños que 250 gramos (8.8 oz). Los omnívoros son más propensos a entrar en un letargo o ser hibernadores, mientras que los herbívoros son más propensos a mantener escondites de alimentos debajo de la nieve. Los ratones almacenan hasta 3 kilogramos (6.6 lb) de alimentos y pikas hasta 20 kilogramos (44 lb). Los campaneros también se amontonan en nidos comunales para beneficiarse mutuamente del calor. En la superficie, lobos, coyotes, zorros, linces y comadrejas dependen de estos habitantes de la subsuperficie para obtener alimento y, a menudo, se sumergen en la capa de nieve para encontrarlos.
Nieve extraterrestre
La "nieve" extraterrestre incluye la precipitación a base de agua, pero también la precipitación de otros compuestos prevalentes en otros planetas y lunas en el Sistema Solar. Los ejemplos son:
- En Marte, las observaciones del módulo de aterrizaje Phoenix Mars revelan que los cristales de nieve a base de agua se producen en latitudes altas. Además, el dióxido de carbono precipita de las nubes durante los inviernos marcianos en los polos y contribuye a un depósito estacional de ese compuesto, que es el componente principal de las capas de hielo de ese planeta.
- En Venus, las observaciones de la nave espacial Magellan revelan la presencia de una sustancia metálica, que se precipita como "nieve de Venus" y deja una sustancia altamente reflectante en las cimas de los picos más altos de las montañas de Venus que se asemejan a la nieve terrestre. Dadas las altas temperaturas en Venus, los principales candidatos para el precipitado son sulfuro de plomo y sulfuro de bismuto (III).
- En la luna de Saturno, Titán, las observaciones de la nave espacial Cassini-Huygens sugieren la presencia de metano u otra forma de depósitos cristalinos a base de hidrocarburos.