Температура снежного покрова
По материалам экспедиции в ГАС ГАО 3 - 10 марта 2007 г

Егор Цимеринов. Meteoweb

На большей части наше страны, устойчивый снежный покров формируется ежегодно. В московском регионе продолжительность его существования составляет около 120 дней. На протяжении этого времени снежный покров, определяет: перенос солнечного излучения в атмосферу, трансформацию воздушных масс.
Кроме того, снежный покров является важным банком, запасающим влагу и определенным образом влияющий на весеннюю вегетацию растений.

В рамках экспедиции сайт в Горную Астрономическую Станцию (ГАС), были проведены измерения температуры снежного покрова на глубине 1,5 см. Одновременно измерялась температура и влажность воздуха.
Участок – сугроб, состоял из многомесячного слежавшегося снега, расположенного с северной стороны гостиницы.

Суточный ход температуры снежного покрова

На основании данных о температуре снега собранных в ходе экспедиции в ГАС, можно сделать, пусть и не в полнее точные, но достаточные качественные выводы о суточном ходе температура снега на глубине 1,5 см и его особенностях. Выводы эти сводятся к следующему:

Минимальная температура отмечается перед восходом Солнца - 7:00.

Максимальных значений температура достигает во второй половине дня около 15:00.

Температура снега всегда ниже нулевой отметки.

Совместный анализ хода температуры снега и воздуха

Сопоставление суточного хода температуры воздуха и температуры снега позволяют сделать следующие, качественные заключения:

Минимальное значение температуры воздуха опережает по времени минимальное значение температуры снега примерно на 1 -2 часа, и отмечается около 4 -5 часов утра.

Максимального значения температура воздуха достигает около 13 часов дня, т.е на 2 часа раньше максимума температуры снега.

Суточный ход температуры снега более ровный по отношению к температуре воздуха. Средняя суточная амплитуда температуры воздуха в рассматриваемый период составляет 2 градуса. Для снега этот показатель равен 0,9 градуса.

Особые явления

За время экспедиции в ГАС, было не менее 5 случаев с туманом из них не менее 2 с видимостью менее 10 метров. Удалось проследить динамику температуры снега во время таких сильных туманов.
Наиболее наглядно явление разогрева снега отраженно в наблюдениях проведенных 4 марта 2007 год.
Во второй половине дня, нижняя граница слоистых облаков (St). Достигла высоты, окружающих ГАС вершин, образуя на них туман.
К 15:00 на ГАС опустился туман, видимость упала до 10 метров. При слабом северо-западном ветре, в условиях отрицательной температуры воздуха и 100%, отмечено выпадение измороси.
Температура снега в этих условиях, в течение часа прибавила 0,5 градуса, в то время, как температура воздуха понизилась на 3 градуса.

Заключение

Представленные в настоящей работе данные, прежде всего, носят качественный характер, вследствие малого периода наблюдений. Совершенно ясно, что необходимо более длительное и подробное наблюдение за температурой снега на нескольких уровнях.

Правильный выбор лыжной мази во многом определяет качество скольжения и держания. Успех в лыжной гонке неотделим от выбора наиболее удачного варианта смазки. В этой статье смазчики Swix дают рекомендации по выбору лыжной мази.

Температура

Температуры, указанные на упаковках мазей Swix, - это температуры воздуха. Первая отправная точка при выборе мази - замер температуры воздуха в тени. Это необходимо сделать в нескольких точках вдоль трассы, особо учитывая то, какая точка является наиболее критической, вроде равнинного участка. Полезно знать также температуру поверхности снега. Но помните, что, достигнув точки замерзания (О°С), температура снега дальше расти не будет, как бы ни поднималась далее температура воздуха. В этом случае лучше использовать температуру воздуха и обратить большее внимание на определение содержания воды в снеге.

Влажность

Влажность важна, но скорее как локальная тенденция климата, а не как необходимость каждый раз точно измерять её процентную величину. Важно знать только, проходят ли соревнования в зоне сухого климата, со средней влажностью до 50%; нормального климата с влажностью 50-80% или влажного климата от 80% до 100%. Помимо этого, конечно, надо отметить ситуацию, когда выпадают осадки.

Зернистость снега

Для выбора мази важен также вид кристалла снега и получающейся снежной поверхности. Падающий или очень свежий только что выпавший снег - наиболее критическая ситуация для смазки. Острые кристаллы требуют мази, которая не допускает проникновения кристаллов снега, а при более высоких температурах она должна обладать ещё и водоотталкивающими свойствами. Именно в этой специальной, критической для смазки ситуации наилучшей является Сеrа F.
При положительных температурах воздуха температура снега остаётся равной 0°С.
Количество воды, окружающей ледяные кристаллы, возрастает до тех пор, пока снег не становится насыщенным водой. В этом случае требуются сильно водоотталкивающие мази и накатка крупных желобков на скользящую поверхность.

Мелкозернистый снег, острые кристаллы требуют накатки узких, более мелких желобков.

Более старый, лежалый снег при средних зимних температурах требует накатки средних желобков.

Вода и большие, круглые снежные кристаллы требуют накатки крупных желобков.

Другие факторы

Снег меняется от свежего нового снега до льда. Это означает, что свойства снега также меняются между крайними точками. Чтобы удовлетворить и крайним условиям, и всем промежуточным, необходимо достаточное число мазей и соответствующее им профилирование (структура) скользящей поверхности.
Атмосфера и состояние снега непрерывно изменяются. Снег под влиянием атмосферных явлений может нагреваться или охлаждаться.
Скорость изменений зависит от температуры воздуха и влажности. Так, переувлажнение воздуха вызывает конденсацию на поверхности снега, в результате чего выделяется скрытая теплота, и возникает необходимость использовать более тёплые мази, чем следовало бы исходя только из температуры. С другой стороны, при сухой погоде происходит сублимация снега - процесс, отнимающий тепло от слоя снега. Это требует применения более твёрдых мазей, чем диктуется температурой воздуха.
Ветер легко может изменить картину поверхности снега. По переметённом ветром снегу лыжи, как правило, скользят плохо. Это происходит потому, что частицы снега дробятся на более мелкие, которые трутся друг о друга, в результате снег становится более плотным. Большая плотность поверхности увеличивает площадь контакта между лыжей и снегом, что ведёт к более высокому трению.
Альбедо, или отражательная способность, является важным фактором, хотя нередко упускается из виду. Альбедо поверхности снега определяет количество энергии солнечного излучения, поглощаемого поверхностью снега. Отражательная способность зависит от размеров и плотности снежного зерна, угла возвышения солнца, высоты местности над уровнем моря и степени загрязнённости поверхности снега. Сухой, чистый снег при низко стоящем солнце может иметь альбедо около 95%; это означает, что практически всё падающее излучение отражается. Очень грязный, пористый, сырой снег может иметь альбедо в промежутке от 30% до 40%; в этом случае примерно 2/3 падающего излучения поглощается снегом.
Падающее излучение является коротковолновым (видимый свет). Земля, в достаточно хорошем приближении являющаяся нагретым чёрным телом, испускает длинноволновое тепловое излучение (в основном дальняя инфракрасная область). В ясную погоду за счёт этого излучения почва может заметно охлаждаться. В облачную погоду теплоюе излучение отражается облаками, что ведёт к потеплению.
Всё это означает, что, в дополнение к температуре и влажности, вам надо учесть ещё, охлаждается или нагревается поверхность снега в результате процессов, связанных с излучением, так как ход этих процессов может не зависеть от температуры.
В общем, необходимо чувствовать, что происходит, в терминах средней температуры воздуха, температуры снега, влажности и содержания воды в снеге.. Также определите тенденции изменения погоды в течение дня, например, как быстро теплеет с раннего утра до времени гонки около полудня. При тренировках обратите внимание на то, нет ли тенденции к резкому подъёму температуры в часы соревнований. Эта информация о тенденциях погоды должна быть принята во внимание при выборе мази.

Характер трения снега

Обычно при смазке гоночных лыж трение снега делится по характеру на три разновидности:

Мокрое трение снега
Температуры положительные. Снег, насыщенный свободной юдой между кристаллами. Трение определяется как смазывающим свойством водяных капель, так и сопротивлением в результате подсасывания на толстых водяных плёнках. Мокрому трению соответствуют мази:
CeraF-FC200/FC200S
HF10
LF10
СН11 и СН10


Промежуточное трение
Температуры примерно от 0°С до -12°С. Трение с долей скольжения, зависящей от температуры. Элемент мокрого трения определяется водными плёнками различной толщины (зависящей от температуры), окружающими ледяные кристаллы.
Промежуточному трению в тёплом конце температурного интервала соответствуют следующие мази:
CeraF-FC200/FC200S
HF8 и LF8
HFGSnLFGS СН8
Промежуточному трению в холодном конце температурного интервала соответствуют следующие мази:
Cera F - FC100/FC100S
НF6 и LF6
НF7 и HF7
LFG6
СН6, СН7


Сухое трение
Температуры примерно от -12°С и ниже. С понижением температуры толщина смазывающих водных плёнок падает до тех пор, пока их влияние на трение снега не становится совсем незаметным. Трение в этом случае начинает определяться деформацией кристаллов снега, их срезанием, вращением и т.п. Мази для условий сухого трения:
Cera F-FC100/FC100S
HF4 и LF4
LFG4
СН4
При температурах от -18°С и ниже эти мази лучше работают сами по себе, а не в смеси с более тёплыми мазями для промежуточных условий трения.

Вовсе не случайно, что большинство естественных лавин сходит во время или сразу после снегопадов, поскольку снежная толща не способна выдержать на склоне значительного количества свежего снега, выпавшего за короткий промежуток времени. Погода даже в большей степени, чем другие факторы, влияет на устойчивость снежного покрова, меняя равновесие между силами сцепления и нагрузки. Давайте посмотрим, как выпадение осадков, ветер и температура воздуха воздействуют на это равновесие.

Осадки (тип, количество, продолжительность, интенсивность)

Влияние осадков заключается в увеличении веса снежной толщи, а значит, и нагрузки на нее. Новый снегопад или дождь, особенно сильный, может сделать снег крайне неустойчивым. Важное различие между этими двумя типами осадков состоит в том, что свежий снег может усилить прочность снежной массы, в какой-то мере связывая ее. Ливень же увеличивает вес, не добавляя прочности слоев. Кроме того он ослабляет удерживающие силы, разрушая связи между зернами снега и между снежными слоями. Хотя влажный снег и может быть крайне нестабильным, но после промерзания он также может оказаться прочным и устойчивым. Пропитанные дождем слои превращаются в ледяные корки, помогающие спаивать структуру снежной толщи. Однако эти корки образуются беспорядочно внутри толщи и на поверхности. Особенно гладкие образуют отличное ложе для будущего схода лавины.

Насколько свежий снег связан со старым, имеет не меньшее значение, чем тип и количество выпавших осадков. Как правило, шероховатые, неправильные и неровные поверхности с ямками способствуют более прочному сцеплению действуя как естественные «якоря», чем гладкие. Например, тонкий слой неконсолидированного (не связанного) снега, лежащий поверх очень гладкой ледяной линзы, может образовать очень обширную лавиноопасную зону после выпадения нового снега.

Нет однозначного ответа на вопрос, какого количества снега достаточно для возникновения неустойчивости и последующего схода лавин. Во время одних снегопадов может выпадать больше 60 см свежего снега и лавин практически не происходит, во время других — выпадает 10 см и возникает высокая лавинная опасность. Отчасти это зависит от связующих свойств свежевыпавшего снега и от прочности слоев внутри снежной толщи. Однако, как правило, сход лавин происходит под воздействием дополнительной нагрузки от большого количества выпавшего или перенесенного ветром снега.

Реакция снежной толщи на нагрузку в большой степени зависит от веса выпавшего снега и темпов его накопления. При интенсивном снегопаде (от 2см/час) снежная толща мгновенно реагирует на критическую массу свежевыпавшего снега, так как не в состояние вы-держать эту нагрузку. Часто, при такой интенсивности снегонакопления, 90% лавин сходит во время снегопада или в течение суток после него. Но лавиноопасный период сохраняется еще в течение 2−3 дней, в зависимости от процессов, происходящих внутри снежной толщи. Это то же самое, что растягивать резиновую ленту до тех пор, пока она не разорвется. Медленно растущая толща снега постепенно реагирует на изменения, пластично перетекая, изгибаясь и деформируясь, хотя обрушение все еще может произойти, особенно если есть слабые слои в нижележащих горизонтах.Чем быстрее идет накопление снега, тем быстрее снежная толща отреагирует на дополнительный вес. При одинаковых условиях 50 см нового снега, выпавшего за 10 часов, скорее создадут критическую ситуацию, чем 50 см снега, выпавшие в течение 3 дней. Добавьте фактор ветра, изменения температуры и — задача значительно усложнится.

Температура (температура снега и воздуха, прямая и отраженная солнечная радиация, градиенты)

Изменение температуры снега может значительно влиять на его устойчивость. Эти изменения, в свою очередь, связаны, в основном, с изменением температуры воздуха, прямой солнечной радиации (непосредственно полученной от солнца) и отраженной радиации (от земной поверхности в атмосферу). Температура воздуха передается снежной толще путем турбулентного теплообмена — проводимости (от зерна к зерну) и путем конвекции (от свободного потока воздуха). В результате такого процесса поверхность снега может быть значительно согрета или охлаждена.

Интенсивность солнечной радиации, попадающей на земную поверхность, зависит от широты, времени дня и сезона, экспозиции склона и облачности. Хотя лишь небольшое количество тепловой энергии поглощается снежной поверхностью, возможно значительное ее нагревание. Снег тоже очень эффективно излучает тепло и при ясной морозной погоде может сильно охладится до температур, гораздо более низких, чем температура воздуха. Этому излучению с поверхности может противодействовать встречное излучение от теплого слоя облаков в пасмурную погоду.

Значение таких процессов состоит в том, что температура снега влияет на скорость изменений внутри толщи снега, которые характеризуют устойчивость снежного покрова на склоне.

Чем теплее снежная толща, тем быстрее происходят внутри нее изменения. Теплая снежная толща (теплее — 4°С) обычно быстро оседает, становясь плотнее и прочнее. По мере уплотнения она становится и более стойкой к дальнейшему оседанию. В холодной снежной толще неустойчи-вые снежные условия сохраняются дольше, потому, что процессы усадки и уплотнения замедлены. При прочих равных условиях, чем холоднее снежный слой, тем медленнее процесс усадки.

Другое температурное воздействие состоит в том, что снежная толща может ослабевать с течением времени, если имеется значительная разница в температуре отдельных слоев. Например, между изолированным теплым снегом на глубине и более холодными слоями вблизи поверхности. Разница температур при определенных условиях способствует формированию слабых слоев вызванных температурным градиентом, особенно в неплотном снеге. Хорошо выраженные снежные кристаллы, образовавшиеся в результате градиентного метаморфизма (под воздействием перепада температур), называются глубинным инеем (глубинная изморозь) или сахарным снегом. Такой слой на любой стадии формирования представляет серьезную угрозу устойчивости снежной толщи на склоне.

Изменение температуры воздуха во время снегопада также имеет большое значение, так как влияет на связанность слоев. Снегопады, которые начинаются «холодными», а затем постепенно «нагреваются», скорее вызовут лавину, чем те, при которых теплый снег ложится на теплую повер-хность. Пушистый холодный снег, который выпадает в начале снегопада, часто плохо связывается со старой снежной поверхностью и недостаточно прочен, чтобы поддерживать более плотный мокрый снег, падающий поверх него.

Воздействие солнечной радиации может быть двояким. Умеренное потепление снежной толщи способствует прочности и стабильности, благодаря усадке. Однако интенсивное резкое потепление, которое происходит главным образом весной, делает верхние слои снега влажными и тяжелыми и ослабляет связь между зернами снега. По склону, который был устойчив утром, днем может сойти лавина.

Прямые солнечные лучи — не единственная опасность. Слабые слои дольше сохраняются на затененных склонах, где толща снега не настолько спрессована, как на освещенном склоне, и где формирование глубинного инея часто усилено выхолаживанием (охлаждением) снежной поверхности.

Периоды ясной морозной погоды способствуют образованию инея на поверхности снега. Эти легкие перисто-образные кристаллы могут формировать тонкие очень слабые слои внутри снежной толщи, которые прикрыты последующими снегопадами и метелями.

Такие условия благоприятствуют также возникновению градиента температуры и образованию глубинного инея в нижних слоях.

В теплую и облачную погоду снег может прогреваться, что способствует ее оседанию и упрочнению. Хотя такие периоды и могут способствовать большей устойчивости снега на склоне, лавины все же довольно часто происходят во время потепления, особенно, когда это потепление быстрое и ярко выраженное. Любое быстрое продолжительное повышение температуры после долгого периода холодной погоды ведет к неустойчивости и должно быть отмечено как «подсказка природы».

Ветер (направление, скорость, продолжительность)

При выпадении снега без ветра на склонах крутизной менее 50 ° не зависимо от ориентации, формируется снежный покров примерно одинаковой высоты, однако толщина покрова при этом на более крутых склонах будет меньше, чем на пологих.

Направление и скорость ветра во время снегопада имеет большое значение, потому что эти показатели определяют, на какие склоны накапливается или переносится снег. Как правило, при скорости ветра 7−10м/с, большая часть снега остается на наветренном склоне. Если же ветер дует более 10м/с, то снег переносится на подветренный склон, оседая сразу за гребнем. Чем сильнее ветер, тем ниже по склону накапливается снег. В гребневых частях, на острых выступах рельефа, образуются снежные карнизы. Являясь хорошим индикатором доминирующих направлений ветра в данном районе. Обрушение карнизов часто является причиной схода более крупных лавин на подветренном, перегруженном снегом склоне.

Усиление ветра вызывает общую метель, резко меняющую условия формирования снежного покрова в зависимости от местных орографических особенностей горной поверхности. Существенные перераспределения снега в снежном покрове происходят при низовых метелях, которые часто бывают спустя некоторое время после прекращения снегопада. Ветер поднимает в воздух, ранее выпавший рыхлый снег и переносит его на другое место, образуя компактные, часто хорошо связанные слои, которые служат подходящим материалом для формирования снежных плит.

При метелевом переносе снега может создаваться очень большая неоднородность снежного покрова вследствие перераспределения ранее отложенного снега, выдувания его на поло-жительных формах рельефа, создания больших надувов в понижениях и образованиях снежных карнизов. На неровной поверхности земли с мелкими формами рельефа метелевый перенос нивелирует неровности и делает их малозаметными на снежном покрове. Вблизи от препятствий снегоперенос вызывает образование сугробов сложной формы. Плотность снежного покрова после низовой метели существенно увеличивается и может достигать 400 кг/м 3 .

Накопление снега на боковых склонах происходит когда ветер дует поперек склона, перенося снег слева направо (или наоборот) на подветренном склоне хребтов или гребней, разделяющих склон.

Заметьте, что в то время как подветренные склоны становятся более неустойчивыми из-за перегрузки снегом, давление на наветренные склоны уменьшается по мере сдувания снега. По этой причине наветренные склоны часто являются подходящими для маршрутов. Но помните, что перемена ветра в горах обычное явление. Склоны, наветренные сегодня, возможно, были загружены снегом вчера, когда они оказывались подветренными.

Скорость ветра, необходимая для переноса снега, зависит частично от типа снежной поверхности. Например, 20 см рыхлого, несвязанного свежего снега под влиянием ветра скоростью 10−15 м/с могут сформировать неустойчивый снежный покров за пару часов. Старая плита из уплотненного ветром снега относительно устойчива и сходит редко, за исключением случаев воздействия на нее внешних факторов. Хорошим индикатором спрессованного ветром снега являются заструги на поверхности снега.

Высота над уровнем моря. Температура, ветер и осадки значительно меняются с изменением высоты. Типичные различия — это дождь на нижнем уровне и снег на верхнем (границей между ними служит снеговая линия) или разница в количестве осадков и скорости ветра. Никогда не предполагайте, что условия на одном контрольном участке будут отражать ситуацию на другой высоте!

Выводы:

Примеры типичных погодных условий, способствующих неустойчивости снежного покрова на склоне

— Большое количество снега, выпавшее за короткий промежуток времени;

— Сильный ливень;

— Значительный ветровой перенос снега

— Продолжительный холодный и ясный период, с последующими интенсивными снегопадами или метелями. Способствует возникновению градиента температуры внутри снежной толщи и образованию глубинной изморози, а последующие снегопады способствуют образованию критической массы;

— Снегопады поначалу «холодные», затем «теплые»;

— Изменения температуры:

— Быстрое потепление (выше 0 ° С) в течение суток — Ведет к критическому увеличению лавинной опасности!

— Постепенное (умеренное) потепление — уплотнение, увеличение связи между слоев — уменьшение опасности!

— Морозная погода — замедление (консервация) существующей опасности и процессов внутри снежной толщи!

— Продолжительные периоды (более 24 часов) с температурой близкой или выше 0 ° С

— Интенсивная солнечная радиация — склоны находящиеся на солнце дольше всего, во второй половине дня могут быть опасны!

Подводя итоги, можно сказать, что погода — это архитектор лавин и в качестве такового она рисует план изменения устойчивости снежного покрова. Предвидя влияние погодных условий, и сопоставляя различные их варианты со структурой снежной толщи, вы можете значительно повысить вашу безопасность во время путешествий по лавиноопасной территории.

Влияние заснеженной поверхности на температуру воздуха

Ко мне по телефону обратился ряд знакомых садоводов с просьбой рассказать о влиянии снежного покрова на температуру воздуха над ним. Свою просьбу они мотивировали нынешней достаточно суровой зимой. С такой же просьбой обратились ко мне и мои коллеги по основной работе, после того как мне пришлось долго объяснять им, в чем заключается механизм изменения температуры воздуха на разных высотах от снежной поверхности. Вообще-то, моя статья на данную тему уже публиковалась в «УС» (№7/2004 г.), и я отсылал всех интересующихся к этой статье. Но просьбы вновь опубликовать такую статью были очень настойчивы. И я решил, что действительно с первой публикации уже прошло шесть лет, появилось много новых садоводов, да и зимы с каждым годом приносят постоянно неожиданные сюрпризы и перепечатка данной статьи будет весьма полезна для большинства садоводов. Поэтому ниже с небольшими доработками указанная статья печатается вновь.

Исследованиями специалистов был отмечен особый ход температуры на поверхности снега и вблизи нее в воздухе по сравнению с температурой воздуха на высоте 1-1,5 м. При этом вполне определенно было отмечено, что именно микроклиматические особенности приснежных слоев воздуха очень часто являются причиной гибели плодовых деревьев во многих районах России и бывшего Союза, включая и нашу Свердловскую область.

Ночью поверхность снега и прилегающие слои воздуха охлаждаются намного сильнее (в среднем на 5-9°С), чем вышележащие. Днем на свету температура поднимается до положительной. В воздухе на высоте 50-100 см такое явление практически не наблюдается. Резкие колебания температуры приснежных слоев воздуха и находящихся здесь тканей растений вызваны рядом обстоятельств: особыми тепловыми свойствами снега, воздействием солнца, состоянием атмосферы и самими растениями. Снег теряет тепло на излучение, особенно ночью при тихой ясной погоде (коэффициент длинноволнового излучения свежевыпавшего снега - 0,82, лежалого снега - 0,89). Сильные и продолжительные морозы в Сибири, на Урале и даже на Украине наблюдаются именно при таких условиях. Большим потерям тепла способствует и очень шероховатая поверхность снега. Повышенная сухость воздуха зимой в Сибири и на Урале ведет к большим потерям снега на испарение, вызывая дополнительно еще значительный расход тепла. Кроме того, охлаждение приснежных слоев воздуха связано еще с прекращением поступления тепла из глубины почвы. Снег, как плохой проводник тепла, разрывает теплооборот между почвой и воздухом. В результате его поверхность очень сильно охлаждается, хотя в нем наблюдаются небольшие отрицательные температуры (-5...-12°С).

Повышение температуры верхних горизонтов снега и приснежных слоев воздуха днем связано с солнечной радиацией (коэффициент коротковолнового поглощения свежевыпавшего снега - 0,13, лежалого снега - 0,33). Часть солнечной радиации проникает в толщу снега и нагревает его. Этому способствуют ветки плодовых и ягодных растений, пронизывающие его во всех направлениях. Они нагреваются до положительных температур при отрицательных температурах воздуха. Снег днем в январе-феврале подтаивает вокруг веток при температуре ночью на поверхности снега до -40°С, чему в немалой степени способствует и так называемые парнички вокруг веток. Ледяная корка в начале образуется вокруг веток, затем она разрастается, свободно пропускает световые лучи и препятствует тепловому излучению от веток и снега в атмосферу. В результате под поверхностью льда в снегу ткани растений нагреваются до высоких положительных температур, и начинается их жизнедеятельность, а ночью они охлаждаются до очень низких температур. Такие резкие колебания наиболее часто проявляются во второй половине зимы, вызывая отмирание коры - «ожоги».

Сильное выхолаживание приснежных слоев воздуха зависит от климатических особенностей района, зимы и погоды. Охлаждение приснежных слоев воздуха наблюдается, по существу, во всех районах, где устанавливается постоянный снежный покров. Однако частота его проявления и интенсивность далеко не одинаковы в различных районах. В европейской части России охлаждение бывает реже и разница в температурах верхних и нижних слоев воздуха меньше (не более 3-5°С). Лишь в Поволжье перепады температур на поверхности снега достигают больших величин, вызывая существенные повреждения тканей на линии снега, особенно у молодых деревьев. Резкость колебаний значительно возрастает на Урале, в Западной Сибири и достигает своего наибольшего значения в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке в связи с преобладанием тихой безоблачной сухой антициклональной погоды без оттепелей.

Наиболее низкие температуры на поверхности снега чаще всего наблюдаются в зимы многоснежные. После обильных снегопадов на длительное время устанавливается ясная тихая погода, способствующая усиленному охлаждению приснежных слоев воздуха. Например, в Свердловской области такими были зимы 1966-67, 1968-69, 1978-79, 1984-85 годов. В малоснежные зимы колебания на поверхности снега также велики, но они наблюдаются при меньших абсолютных минимумах температур, и растения почти не повреждаются. Во второй половине зимы температура на поверхности снега колеблется наиболее сильно. В это время на Урале обычно преобладает тихая ясная сухая морозная погода, и в более редкие годы январь-март отличаются обильными метелями, снегопадами и повышенной влажностью воздуха. В ноябре-декабре же, как правило, наиболее часты ветры, повышенная облачность и обильные осадки, что не способствует охлаждению поверхности снега. Меньшему охлаждению приснежных слоев воздуха в первые зимние месяцы способствуют и другие причины, в частности малая высота снега и еще слабое охлаждение почвы. Тепло из нее поступает к верхним горизонтам снега, так как его небольшая высота еще не препятствует проникновению тепла. Но, несмотря на сказанное, случаются отдельные редкие зимы (например, зима 1998-99 годов с температурой около -30°С в воздухе, наблюдавшейся 10-12 ноября), когда наблюдаются ранние, не особенно низкие, кратковременные понижения температуры на поверхности снега, наносящие существенные повреждения растениям и по своим последствиям мало уступающие зимним.

Наиболее пагубное воздействие на растения оказывают не столько понижения температур, сколько скорость их проявления в течение суток. Наблюдения показывают, что утром на снегу температура самая низкая, но уже к 10 часам, когда солнечные лучи касаются его поверхности, она повышается и на таком уровне удерживается до захода солнца, после чего она резко снижается и уже к 22 часам понижается до самых низких пределов, после чего охлаждение поверхности снега замедляется и начинается выхолаживание вышележащих слоев воздуха. Обычно повышение температуры на поверхности снега наблюдается с 8 до 14 часов, а понижение - с 14 до 20 часов, при этом нагревание тканей растений идет более интенсивно, чем последующее охлаждение в вечернее время. Скорость же оттаивания имеет решающее значение для выживаемости тканей плодовых растений. Сильное подмерзание тканей растений в приснежных слоях воздуха связано и с длительностью воздействия низких температур. Например, в одном из наблюдений низкие критические температуры на поверхности снега в течение суток удерживались 5-6 часов, в то время как на высоте 50 см - только не более 1 часа. Таким образом, резкие колебания температуры на поверхности снега в зависимости от времени и продолжительности их проявления, а также состояния растений наносят различные повреждения тканям (растрескивания коры и древесины, солнечные ожоги коры и древесины, повреждения древесины), нередко приводящие к гибели отдельных ветвей и ствола, а иногда и всей надземной части кроны выше снегового покрова.

Для лучшего понимания особенностей установления приснежных температур воздуха и в каком-то виде влияния на них хочу дальше более подробно в популярном виде рассмотреть механизм этого явления. Как известно, земля получает энергию посредством солнечной радиации (длина волн 0,3-2,2 мкм), а потеря энергии в пространство происходит за счет длинноволновой радиации (длина волн 6-100 мкм). Свойственная снежному покрову высокая отражательная способность меняется с длиной волны так быстро, что на более длинных волнах снег оказывается плохим отражателем, но зато хорошим излучателем. Хотя существенная часть длинноволновой радиации, излучаемая заснеженной земной поверхностью, возвращается к ней вследствие поглощения и излучения атмосферой, значительная часть ее (около 20%) теряется в пространстве. Если эти потери не компенсируются поступлением энергии из других источников, результирующий эффект выражается в понижении температуры воздуха, особенно в нижних слоях атмосферы. Температурный профиль воздуха, подверженного радиационному выхолаживанию в течение длительного времени, характеризуется очень низкой температурой у поверхности.

Регионом, где в России наблюдается интенсивное радиационное выхолаживание, в результате которого формируются воздушные массы, характеризующиеся очень низкой температурой у поверхности, слабыми ветрами и ясным небом, является Сибирь. При захвате сибирским антициклоном зоны Урала такие температуры нередко устанавливаются и в нашей области.

Согласно правилам лучистого теплообмена количество теплоты, выделяемой с поверхности снега при лучеиспускании, прямо пропорционально коэффициенту излучения снежной поверхности, ее площади, а также разности температур этой поверхности и слоев воздуха, с ней соприкасающихся. Заснеженная поверхность, образованная скоплением многочисленных отдельных снежинок и состоящих из них отдельных разнообразных блоков, представляет собой чрезвычайно шероховатую поверхность. Кроме того, и сами снежинки (атмосферные и снежные кристаллы) представляют собой также чрезвычайно шероховатые образования. Суммарная площадь такой поверхности оказывается намного большей, чем площадь, ограниченная только длиной и шириной поверхности. Особенно сильно шероховатость и суммарная площадь заснеженной поверхности увеличиваются при образовании ее свежевыпавшим снегом.

На рис. 2 приведено изменение коэффициента излучения тел с шероховатой (1) и гладкой поверхностью (2) в зависимости от угла излучения (А. Мачкаши, Л. Банхиди «Лучистое отопление», Москва, Стройиздат, 1985 г.). Из рис. 2 видно, что коэффициент излучения шероховатых поверхностей - значительно больший, чем гладких. К тому же коэффициент излучения шероховатых поверхностей при приближении угла излучения к 75-90° уменьшается медленнее, чем для гладких поверхностей. То есть, чем больше шероховата поверхность излучения, тем больше ее коэффициент излучения и тем в большем углу происходит излучение. А с учётом увеличения при этом до максимально возможной и самой излучающей поверхности можно говорить и о максимально возможной потере тепла этой излучающей поверхностью.

Откуда же берется тепло, расходуемое в процессе излучения? Это тепло берется из прилегающих к поверхности слоев снега. Но снежный покров благодаря содержанию в нем значительного количества воздуха обладает хорошими теплоизоляционными свойствами. Поэтому отрицательные температуры приснежных слоев воздуха распространяются на небольшую глубину. Из этих слоев снега и происходит выделение тепла, затрачиваемого на излучение. На рис. 3 приведена зависимость ослабления суточных колебаний температуры с глубиной в слое снега, взятая из «Справочника снега», Ленинград, Гидрометеоиздат, 1986 г. Из рис. 3 видно, что уже на глубине 40 см амплитуда суточных колебаний температуры снега полностью отсутствует, а на глубине 20 см имеет незначительную величину. Поэтому ориентировочно слой снега толщиной в 20 см можно считать ответственным за выделение тепла, расходуемого на излучение. Правда, при длительном стоянии сильных морозов амплитуда суточных колебаний температуры будет отсутствовать на глубине несколько большей чем 40 см, но и в этом случае для ориентировочной оценки можно считать ответственным за выделение тепла, расходуемого на излучение, слой снега в 20 см.

Удельная теплоемкость снега равна 2,115 кдж/кг°С. То есть при отнятии от 1 кг снега 2,115 кдж тепла на излучение снежной поверхностью его температура должна понижаться на 1°С. Но плотность снега очень небольшая (свежевыпавший снег имеет 50-300, уплотненный ветром снег - 150-400, фирн - 450-700 кг/куб.м). Поэтому этот 20-сантиметровый слой снега, прилегающий к снежной поверхности, имея в своем объеме невысокую его массу, вынужден для возмещения затрат тепла на излучение охлаждаться на большую величину градусов. Теплота внутри 20-сантиметрового слоя снега передается к его поверхности за счет теплопередачи благодаря теплопроводности. Наибольшие потери тепла на излучение и наибольшее снижение температуры снега и приснежных слоев воздуха, как уже указывалось выше, происходят в ясные, тихие, безветренные ночи при снежной поверхности, образованной свежевыпавшим снегом, толщиной не менее 40 см, исключающей поступление тепла от земли.

При рассмотрении особенностей образования приснежных температур воздуха и температуры поверхности снега во внимание принималась его ровная поверхность. Однако и в лесу, и в поле, и в саду имеются разные неровности, и снег в течение зимы благодаря им откладывается неравномерно. Попробуем рассмотреть, как влияют такие снежные возвышения на температуру снежной поверхности и на температуру приснежных слоев воздуха на их вершинах.

На рис. 4 для примера показаны два снежных сооружения: одно с круглой плоской поверхностью радиуса r и толщиной слоя, отдающего тепло, 20 см, другое со сферической поверхностью радиуса r с толщиной сферического слоя, отдающего тепло, 20 см (для наглядности у того и другого сооружения не показана одна их четверть). Сравнение указанных сооружений показывает, что площадь поверхности сферы второго сооружения больше плоской поверхности первого сооружения в 2 раза. Попробуем оценить отношение объема 20-сантиметрового слоя снега, участвующего в доставке тепла к снежной поверхности для излучения. В первом сооружении этот объем постоянен и постоянно отношение этого объема к излучающей поверхности. Во втором сооружении этот объем зависит от радиуса сферы и наименьшим получается при малых радиусах сферы. Зависимым от радиуса сферы получается и отношение этого объема от соответствующей ему поверхности сферы. Сравнение отношений 20-сантиметрового слоя снега к поверхности излучения для первого и второго сооружения показала, что для второго сферического сооружения при r=0,5 м оно было на 35% меньше, чем для первого плоского сооружения с тем же радиусом r, при r=1,0 м - на 18,5% меньше, при r=1,5 м - на 14,5% меньше, при r=2,0 м - на 10% меньше.

Таким образом, при сферическом снежном сооружении 20-сантиметровый слой снега содержит меньший его объем, использующийся для отдачи тепла определенной поверхности снега на лучеиспускание, чем такой же слой снега при плоском сооружении с такой же поверхностью. Кроме того, шероховатость и площадь поверхности сферы такого снежного сооружения оказывается значительно большей, чем эквивалентной по геометрическим размерам плоской снежной поверхности. Отсюда следует и проявление большей охлаждаемости снежной поверхности и приснежных слоев воздуха на вершине такого сферического снежного сооружения, чем на ровной поверхности снега. Такое снижение температуры воздуха на вершинах снежных сооружений наблюдается только в безветренные ночи. Способствует этому и свежевыпавший рыхлый снег, задерживающий сток более холодного воздуха с вершин.

Наблюдения за температурой воздуха на снежных возвышениях в Сибири, в европейской части России и в ряде других мест показали, что действительно в ясные безветренные ночи эти температуры на несколько градусов ниже, чем на ровной поверхности снега. В Сибири, по наблюдениям Г. В. Васильченко, разница этих температур достигает 2-4°С. То же самое можно считать и для нашей области. Такое установление отрицательных температур большее на возвышениях, чем на ровной поверхности снега, требует очень осторожного отношения к окучиванию деревьев и кустарников снегом. Надо всегда помнить и оценивать: принесет ли окучивание растений снегом пользу им? Окучивание растений снегом способствует благоприятным климатическим условиям окученных их частей и в то же время ухудшает температурные условия на границе снега их неокученных частей. В этих условиях целесообразно окучивать растения полностью. Но такое окучивание большеобъемных растений не осуществимо практически. Кроме того, при большом окучивании возможно подопревание растений и незавершение ими периода покоя, что сказывается на их росте весной и на плодоношении.

Учитывая все сказанное, садоводы-любители обязательно должны знать и учитывать возможность снижения температуры воздуха на ровной поверхности снега на 5-9°С, а на вершинах холмов и сугробов на 8-12°С по сравнению с температурой воздуха на высоте 1-1,5 м от этих снежных поверхностей в любую зиму. Для исключения влияния указанных экстремальных температур все малозимостойкие садовые растения следует пригибать к земле и полностью окучивать снегом. Садовые растения, зимующие в открытой форме - штамбовые яблони, сливы, вишни, абрикосы, сладкоплодные рябины, крупноплодные боярышники - следует выращивать на высокозимостойких штамбообразователях, прививая культурные сорта на высоту около 1,5 м. Никакого окучивания таких растений снегом не проводят. При окучивании садовых растений со средней зимостойкостью, выращиваемых в открытой форме, стремятся полностью окучить основание кроны с развилками ветвей, чтобы сохранить его зимой и восстановить из него в случае вымерзания части кроны, расположенные выше снегового покрова. С этой целью при формировании кроны дерева должно быть предусмотрено низкое расположение ее основания. Молодые плодовые деревья с прививкой в корневую шейку, зимостойкость которых всегда меньшая, чем взрослых таких плодовых деревьев, следует обязательно окучивать на максимально возможную высоту. Но во избежание возможности подопревания и непрохождения периода покоя диаметр снежного холма должен быть небольшим. Взрослые плодовые деревья с высокорасположенным основанием скелетных ветвей лучше также не окучивать, поскольку отмершая часть коры внизу более толстая и обладает большими теплоизолирующими свойствами. При защите живых тканей при окучивании таких деревьев снегом зона экстремальных приснежных температур приближается к развилкам оснований скелетных ветвей кроны, наиболее уязвимых к таким температурам. Кроны всех низкорослых плодовых деревьев даже без окучивания их снегом, только при естественном его снегопереносе, попадают в зоны приснежных экстремальных температур и в большей степени подвержены при этом подмерзанию, чем кроны высокорослых плодовых деревьев. По указанной причине в наших условиях должно быть мало перспективно выращивание в открытой форме карликовых, колонновидных и кустовидных плодовых деревьев. Эти деревья следует выращивать в стланцевой форме.

В. Н. Шаламов

(Уральский садовод)

ТЕМПЕРАТУРА Температуры, указанные на упаковках мазей Swix, - это температуры воздуха. Первая отправная точка при выборе мази - замер температуры воздуха в тени. Это необходимо сделать в нескольких точках вдоль трассы, особо учитывая то, какая точка является наиболее критической, вроде равнинного участка. Полезно знать также температуру поверхности снега. Но помните, что, достигнув точки замерзания (О°С), температура снега дальше расти не будет, как бы ни поднималась далее температура воздуха. В этом случае лучше использовать температуру воздуха и обратить большее внимание на определение содержания воды в снеге.

ВЛАЖНОСТЬ

Влажность важна, но скорее как локальная тенденция климата, а не как необходимость каждый раз точно измерять её процентную величину. Важно знать только, проходят ли соревнования в зоне сухого климата, со средней влажностью до 50%; нормального климата с влажностью 50-80% или влажного климата от 80% до 100%. Помимо этого, конечно, надо отметить ситуацию, когда выпадают осадки.

ЗЕРНИСТОСТЬ СНЕГА

Для выбора мази важен также вид кристалла снега и получающейся снежной поверхности. Падающий или очень свежий только что выпавший снег - наиболее критическая ситуация для смазки. Острые кристаллы требуют мази, которая не допускает проникновения кристаллов снега, а при более высоких температурах она должна обладать ещё и водоотталкивающими свойствами. Именно в этой специальной, критической для смазки ситуации наилучшей является Сеrа F.
При положительных температурах воздуха температура снега остаётся равной 0°С.
Количество воды, окружающей ледяные кристаллы, возрастает до тех пор, пока снег не становится насыщенным водой. В этом случае требуются сильно водоотталкивающие мази и накатка крупных желобков на скользящую поверхность.

• Мелкозернистый снег, острые кристаллы требуют накатки узких, более мелких желобков.
• Более старый, лежалый снег при средних зимних температурах требует накатки средних желобков.
• Вода и большие, круглые снежные кристаллы требуют накатки крупных желобков.

ДРУГИЕ ФАКТОРЫ

Снег меняется от свежего нового снега до льда. Это означает, что свойства снега также меняются между крайними точками. Чтобы удовлетворить и крайним условиям, и всем промежуточным, необходимо достаточное число мазей и соответствующее им профилирование (структура) скользящей поверхности.
Атмосфера и состояние снега непрерывно изменяются. Снег под влиянием атмосферных явлений может нагреваться или охлаждаться.
Скорость изменений зависит от температуры воздуха и влажности. Так, переувлажнение воздуха вызывает конденсацию на поверхности снега, в результате чего выделяется скрытая теплота, и возникает необходимость использовать более тёплые мази, чем следовало бы исходя только из температуры. С другой стороны, при сухой погоде происходит сублимация снега - процесс, отнимающий тепло от слоя снега. Это требует применения более твёрдых мазей, чем диктуется температурой воздуха.
Ветер легко может изменить картину поверхности снега. По переметённом ветром снегу лыжи, как правило, скользят плохо. Это происходит потому, что частицы снега дробятся на более мелкие, которые трутся друг о друга, в результате снег становится более плотным. Большая плотность поверхности увеличивает площадь контакта между лыжей и снегом, что ведёт к более высокому трению.
Альбедо, или отражательная способность, является важным фактором, хотя нередко упускается из виду. Альбедо поверхности снега определяет количество энергии солнечного излучения, поглощаемого поверхностью снега. Отражательная способность зависит от размеров и плотности снежного зерна, угла возвышения солнца, высоты местности над уровнем моря и степени загрязнённости поверхности снега. Сухой, чистый снег при низко стоящем солнце может иметь альбедо около 95%; это означает, что практически всё падающее излучение отражается. Очень грязный, пористый, сырой снег может иметь альбедо в промежутке от 30% до 40%; в этом случае примерно 2/3 падающего излучения поглощается снегом.
Падающее излучение является коротковолновым (видимый свет). Земля, в достаточно хорошем приближении являющаяся нагретым чёрным телом, испускает длинноволновое тепловое излучение (в основном дальняя инфракрасная область). В ясную погоду за счёт этого излучения почва может заметно охлаждаться. В облачную погоду теплоюе излучение отражается облаками, что ведёт к потеплению.
Всё это означает, что, в дополнение к температуре и влажности, вам надо учесть ещё, охлаждается или нагревается поверхность снега в результате процессов, связанных с излучением, так как ход этих процессов может не зависеть от температуры.
В общем, необходимо чувствовать, что происходит, в терминах средней температуры воздуха, температуры снега, влажности и содержания воды в снеге. . Также определите тенденции изменения погоды в течение дня, например, как быстро теплеет с раннего утра до времени гонки около полудня. При тренировках обратите внимание на то, нет ли тенденции к резкому подъёму температуры в часы соревнований. Эта информация о тенденциях погоды должна быть принята во внимание при выборе мази.