Формула для расчета плотности снега в зависимости от его пористости и влажности

ρ = ρ_л (1 - n) + kn ρ_в, (2.44)

где k — степень наполнения пор снега водой, изменяющаяся от 0 до 1; п — пористость снега; ρ_в и ρ_л — соответственно плотность воды и льда.

Плотность снега весьма неоднородна по высоте снежного покрова и зависит от продолжительности и глубины его залегания. Поэтому плотность снежного покрова является величиной осредненной.

По В.Д.Комарову средняя плотность снежного покрова в Европейской части России в конце зимы на севере находится в пределах 220 — 280 кг/м³; в средней полосе — в пределах 240 — 320 кг/м³; на юге — в более широких пределах, 220 — 360 кг/м³, что объясняется наличием перемежающихся оттепелей.

Наличие влаги (воды, водяного пара) существенно увеличивает плотность снега. Плотность тающего снега имеет большое значение для прогноза половодья на реках. Наблюдения показывают, что в большинстве случаев она изменяется в начале таяния от 180 до 350 кг/м³, в разгар таяния от 350 до 450 кг/м³, в конце таяния доходит до 600 кг/м³.

Плотность снега в лесу меньше, чем на открытой местности, что объясняется уменьшением ветра в лесу и меньшей интенсивностью зимних оттепелей.

Плотность снега в снежниках изучалась В.Л.Шульцем в горах Средней Азии, где в период снеготаяния она достигает 750 кг/м³.

Пористость снежного покрова обусловлена наличием большого количества промежутков между кристаллами льда, образующих сообщающиеся между собой поры и пронизывающих снежный покров во всех направлениях. О размерах пор в снежном покрове надежных сведений нет. Пористость выражают в процентах и вычисляют по формуле

n = 100 (1 – ρ/ρ_л), (2.45)

где ρ и ρ_л — соответственно плотность снега и кристаллического льда.

Пористость снежного покрова связана с его структурой и изменяется по мере его уплотнения от 98 до 20 %. К началу снеготаяния (обычно при плотности 280 — 300 кг/м³) она составляет 73—67 %.

Воздухопроницаемость снежного покрова объясняется наличием в нем сквозных пор и характеризуется коэффициентом воздухопроводности. При отсутствии жидкой фазы снежный покров будет воздухопроницаемым, если размеры пор или капилляров будут достаточными для свободного перемещения молекул воздуха. Следовательно, коэффициент воздухопроницаемости существенно зависит от структуры снежного покрова; он уменьшается по мере его уплотнения.

Водопроницаемость снежного покрова для гравитационной воды, поступающей от дождя или от таяния верхнего слоя снега, зависит от количества, размеров и формы пор в снежном покрове, от наличия ледяных прослоек и пр., т. е. от структуры снежного покрова.

Движение гравитационной воды в снежном покрове ламинарное и, вероятно, подчиняется закону Дарси. Следовательно, характеристикой водопроницаемости является коэффициент фильтрации. Коэффициент фильтрации в снежном покрове, по-видимому, различен по горизонтали и по вертикали. Полученные опытным путем значения коэффициента фильтрации снега, (1...6)·10^-3 м/с, являются ориентировочными.

Водоудерживающая способность снежного покрова характеризуется тем наибольшим количеством воды, которое он способен удержать в данном его состоянии. Эта характеристика имеет большое значение для расчета половодий. Она изучалась П.П.Кузьминым опытным путем на специально разработанных приборах с использованием весового и калориметрического способов.

В результате исследований было установлено, что водоудерживающая способность снежного покрова зависит от его структуры и плотности: меньшей плотности соответствует большая водоудерживающая способность.

Влажность снега — количество воды, которое снежный покров содержит в данный момент. Она является очень важной его физической характеристикой и определяется калориметрическим способом.

3. Тепловые свойства снега. Определение тепловых характеристик снега и прежде всего коэффициентов тепло- и температуропроводности (λ и a), удельной теплоемкости (c) представляет очень большие трудности. Вместе с тем эти характеристики играют исключительную роль в природе. Сложность определения тепловых характеристик обусловлена сложностью строения снежного покрова. Тепловые характеристики снега определяются или в лабораториях, или в полевых условиях.

Одно из первых определений тепловых характеристик снега, не потерявших значения до настоящего времени, было выполнено Г.П.Абельсом в 1893 г. в Свердловске. Абельс определил коэффициенты тепло- и температуропроводности снега на площадке обсерватории по ежечасным наблюдениям за температурой снега, выполненным на глубинах 5 и 10 см. При этом он считал, что суточный ход температуры на поверхности снега выражается простой синусоидой. Полученные зависимости для λ и a имеют вид:

λ = 2,85 · 10^-6ρ²; а = 4,85 · 10^-6ρ, (2.46)

где ρ — плотность снега.

Формулы Абельса дают удовлетворительные результаты при ρ < 350 кг/м³. Для случая когда ρ > 350 кг/м³, эти коэффициенты были определены А.С.Кондратьевой в лабораторных условиях:

λ = 3,56 · 10^-6ρ²; а = 6,05 · 10^-6ρ. (2.47)

Поиск по сайту: