Что теплее снег или воздух. Подбор мазей по снегу и температуре. Время выпадения снега

ТЕМПЕРАТУРА
Температуры, указанные на упаковках большинства мазей - это температуры воздуха. Первая отправная точка при выборе мази - это 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 надо помнить, что, достигнув точки замерзания (0,5°С), температура снега дальше расти не будет, как бы не поднималась дальше 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 ее процентную величину. Важно знать только, проходят ли соревнования в зоне сухого климата, со средней влажностью до 50%; нормального климата 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 еще и водоотталкивающими свойствами.
При положительных температурах воздуха температура снега остается равной 0,5°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.
Приблизительно влажность воздуха можно определить и гигрометра:
Ясное безоблачное небо ниже 75%
Редкие облака, или облачно (тонкий слой облаков) 75 ... 85%
«Тяжелая» облачность, снегопад 85 ... 95%
Дождь 100%

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 количество мазей и соответствующее им профилирование (структура) скользящей поверхности.

Атмосфера и состояние снега непрерывно изменяется. 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 теплые 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 твердых мазей, чем диктуется температурой воздуха.

Ветер легко может изменить картину поверхности снега. По переметенному ветром снегу 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 лыжней и снегом, что ведет 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 загрязненности поверхности снега. Сухой, чистый снег при низко стоящем солнце может иметь альбедо около 95%; это означает, что практически все 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 черным телом, испускает длинноволновое тепловое излучение (в основном дальняя инфракрасная область). В ясную погоду за счет этого излучения почва может заметно охлаждаться. В облачную погоду тепловое излучение отражается облаками, что ведет к потеплению.
Все это означает, что, в дополнение к температуре и влажности, Вам надо еще учесть, 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 подъему 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:
1 .Мокрое трение снега
Температуры положительные. Снег, насыщенный свободной водой между кристаллами. Трение определяется как смазывающим свойством водяных капель, так и сопротивлением в результате подсасывания на толстых водяных пленках.
2.Промежуточное трение
Температуры примерно от 0,5 °С до -12,5 °С. Трение с долей скольжения, зависящей от температуры. Элемент мокрого трения определяется водными пленками различной толщины (зависящей от температуры), окружающими ледяные кристаллы.
3.Сухое трение
Температуры примерно от -12,5 °С и ниже. С понижением температуры толщина смазывающих водных пленок 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.

Для овладения искусством подбора лыжных мазей необходимо знать природу и особенности самого снега. Различают три основных вида снега:
1) падающий снег в атмосфере;
2) снег на поверхности земли;
3) иней и морозные образования на земле, являющиеся собственно не снегом, а видами льда.
Снег в атмосфере. Снег является твердым осадком, он существует в виде скоплений ледяных кристаллов. Кристаллы могут иметь весьма различные формы, но все они шестиугольные. Любые осадки начинаются с образования водяных паров в атмосфере. Когда температура становится достаточно низкой, эти пары конденсируются, образуя облака, которые могут состоять из водяных капель или кристалликов льда. Снежные кристаллики растут до тех пор, пока в атмосфере имеется избыток водяного пара. Достигнув определенных размеров, они начинают падать на землю, В зависимости от условий в тех воздушных слоях, сквозь которые проходят кристаллики, они могут принимать различные внешние очертания. Кристаллик который в конце концов касается поверхности земли, может иметь весьма сложную форму, но это может быть и совсем простая шестиугольная пластина льда, не подвергшаяся с момента её образования существенным изменениям, форму кристалликов определяют температура и состав водяного пара в слоях облаков.

При выборе мазей структура падающего снега играет второстепенную роль. Но кристаллики, покрытые тонким слоем инея с переохлажденными, а затем замёрзшими капельками воды, заслуживают некоторого внимания. Хотя температура воздуха говорит в пользу применения довольно твердой мази, например, зеленой, при таких условиях нередко возникает необходимость воспользоваться более мягкой мазью, например, синей, или даже синей "экстра", чтобы обеспечить достаточное сцепление. Такой снег часто выпадает в прибрежных районах. Звездообразные кристаллики очень остры, и лыжи плохо скользят. Если выпадает такой снег, а температура воздуха такова, что можно использовать и зеленую и синюю мази, следует воспользоваться более твердой из них - зеленой. Именно эта мазь обеспечит достаточное сцепление.
Снег на поверхности земли. Этот тип снега определяет выбор мази. В тот момент, когда падающий снег касается земли, начинается его перестройка (метаморфоза снега).

Описание и классификация снега на земле в зависимости от погоды и ветра представляет собой проблему несколько отличную от той, с которой мы сталкиваемся при изучении падающего снега. В известном смысле эта проблема более проста, поскольку мы имеем тут дело с меньшим числом форм, но вместе с тем возникают и некоторые сложности, так как снег на земле подвергается непрерывным изменениям.
Снежное покрытие состоит из воды в твердой форме, то есть льда и снега, и газа (влажный воздух и водяной пар), циркулирующего в пространстве между снегом и частицами льда Когда начинается таяние, то поры между кристалликами заполняются водой. Снег можно классифицировать и по возрасту, содержанию влаги, размеру кристалликов, их форме, твердости и пористости (соотношению объем пор/общий объем).
Свежевыпавший снег обладает плотностью около 0,1 г/см2 . Достигая поверхности земли, он образует покров различной толщины, в зависимости от рельефа местности и т.п. В среднем можно считать, что 1 мл осадков соответствует 1 см снежного покрова. В верхних слоях снежного покрытия плотность колеблется от 0,25 до 0,4 г/см. С увеличением глубины плотность немного возрастает.

Снежная метель. Воздействие ветра. При метели и сильном ветре падающий и уже выпавший снег смешиваются и вихрями взметаются с поверхности земли, двигаясь по направлению ветра. Отличить свежий снег от старого без микроскопа просто невозможно. От трения друг о друга и о поверхность земли все кристаллики вскоре становятся относительно более мелкими и менее округлыми. Вихри снега над поверхностью земли на ровных участках местности возникают при скорости ветра свыше 5-7 м/сек. При увеличении скорости ветра снежный буран растет в высоту: при 10 м/сек он превышает рост человека.

В снежную бурю в горах видимость может падать до 5 м. Лыжи идут плохо, туго, скольжение плохое из-за того, что кристаллики снега мелкие и слипшиеся. Даже лучшая мазь не обеспечит хорошего скольжения и сцепления лыж при такой погоде.
При температуре около 0 С это превращение будет идти быстро, а при морозе -40 С - очень медленно. Поскольку процесс этот уничтожает и стирает первоначальные кристаллические формы, его называют разрушающим или деструктивным. Окончательным продуктом разрушения является зернистый тип снега с плотностью 0,5-0,6 г/см2. Зерна имеют округлую форму, связь между ними рыхлая. Среди них преобладают зерна размером от 0,5 до I мм, и лишь немногие бывают меньше 0,2 мм.

Созидающие превращения. Маленькое снежное зернышко растет. Вокруг первоначального кристаллика путем конденсации образуется новый пирамидообразный, который нередко называют чашевидным. Процесс этот зависит от разницы температур в снежном покрове. Наилучшие условия для его протекания существуют в ближайшем к поверхности земли слое, поскольку именно тут благодаря теплу почвы температура бывает более высокой.
Самая большая разница температур наблюдается обычно в середине зимы, когда на поверхности температура может быть, например, -20-30°С, а на полметра глубже, благодаря теплоизолирующим свойствам снега - лишь 0°С. При таких условиях образуются крупные чашевидные кристаллы. Этот тип снега обладает минимальной способностью выдерживать нагрузки веса и натяжения. Любое внешнее воздействие может вызвать снежные обвалы. Поэтому при беге по крутой горной местности следует проявлять особую осторожность.

Таяние снега. Снег подвергается быстрым изменениям, когда температура воздуха минует нулевую отметку: он все больше оседает по мере того, как округляются его кристаллики. Мокрым называется снег, который содержит свободную воду. Сам процесс таяния в снежном покрове достаточно сложен. Талая вода стекает вниз и замерзает в другом слое снега. Образуемые при этом кристаллики достигают 3 мм в диаметре, в свою очередь они могут склеиваться в зерна диаметром до 15 мм.

Если таяние идет медленно, то значительная часть образовавшейся воды может задерживаться в порах между снежными зернами. Когда весь снежный покров прогревается до О0С, начинается собственно период таяния, и все поры насыщаются водой. Тогда говорят, что снежный слой уже созрел и предстоит сток талых вод. В таких условиях применяют только клистерные мази.

Мороз и образование инея. На поверхности снега может образовываться иней, который подвергается тем же трансформациям, что и обычные снежные кристаллики. Водяные пары в воздухе могут образовывать иней путем возгонки, как только температура опускается ниже нуля. При этом температура снежного покрова (или твердого тела) должна быть ниже температуры образования росы в воздухе. Иногда переохлажденные капельки воды замерзают, соприкасаясь с твердыми предметами в воздухе или на поверхности земли при температуре ниже 0°С. Когда на снегу из-за возгонки образуются большие листообразные ледяные пятна, то скольжение бывает исключительно хорошим.

Лыжники, которым доводилось бежать по такому снегу вряд ли забудут это особое ощущение почти полного отсутствия трения. Под лыжами слышится похрустывание - это трескаются рыхлые кристаллики. Причину столь малого трения нетрудно понять. Кристаллики имеют вид неправильных, полых шестигранных тел без острых или выступающих концов.

Благодаря этому их взаимное трение и трение о другие тела чрезвычайно мало. Подобные условия возникают обычно зимой, когда ночью стоит ясная погода и дует слабый ветер. Существует и другой тип снежной поверхности, мы можем часто видеть его весной в горах. Здесь такие факторы, как холодный воздух (ниже 0°С), потери тепла от излучения и испарения могут, воздействуя совместно на снежную поверхность, заметно охладить её, и в то же время, солнечные лучи настолько сильны, что сильно прогревают снег и он начинает подтаивать в глубине. При взаимодействии этих факторов образуемая при таяние вода замерзает, постепенно создавая тонкую ледяную пленку. Находящийся подо льдом снег становится мокрым. Если лыжник попадает на такие участки до того, как лед начинает проваливаться, он и здесь насладится феноменальным скольжением по зеркальной стекловидной поверхности снега: пленка под лыжами трескается, хрустя и поскрипывая, скорость на спусках очень велика, и лыжник несется по снегу с минимальной затратой сил.

Идеальная смазка гоночных лыж для классического хода должна обеспечивать как малое трение при скольжении, так и высокое статическое -при толчке. Как известно, при трении лыж о снег выделяется тепло, которое способствует образованию тончайшей пленки воды. Присутствие воды экспериментально доказано путем измерения электрического сопротивления.

Большинство знает по опыту, что сопротивление скольжению возрастает с понижением температуры. Испытания на снегу с примерно одинаковой степенью зернистости показали, что наилучшее скольжение бывает при температуре -4°С. По мере понижения температуры трение возрастает. При -70-80°С лед обладает той же твердостью, что и полевой шпат, а трение при скольжении по нему будет таким же, как и по песку. Когда температура снега достигает 0°С, кинематическое трение будет зависеть от содержания в нем воды. Чем больше талой воды, тем больше контактная поверхность и, следовательно, тем выше сопротивление. Исследования показали, что трение на крупнозернистом снегу вдвое меньше трения на свежевыпавшем снеге, при одинаковых температурах.

Снежное покрытие под давлением лыжи спрессовывается, принимая в известной мере форму лыжи, При поверхностном наблюдении может показаться, что вся скользящая поверхность контактирует со снегом. Этого однако не происходит, лыжи опираются на самые верхние края частиц снежного покрытия.

Следовательно непосредственный контакт между лыжами и снегом бывает лишь в ряде точек, и именно в этих точках при каждом толчке возникает сопротивление.

После завершения скольжения лыжи 0,1-0,2 секунды стоят неподвижно. Таяние прекращается, и тонкий слой жидкости исчезает. Снежные кристаллики проникают в контактную поверхность, создавая сцепление. Именно здесь существенным фактором служит смазка. Твердость мази должна быть подобрана соответственно твёрдости кристалликов так, чтобы возникло сопротивления движению, но в то же время мазь не должна настолько мягкой, чтобы снег стал налипать на лыжи. Если при выбранной мази лыжи отдают назад, значит она слишком тверда, и снежным кристалликам не удается проникнуть в слой мази. При правильном выборе смазки закрепившиеся на лыже снежные кристаллики тотчас будут сметены, как только она снова придет в движение. Если температура снега повышается, приближаясь к нулевой отметке, то слой жидкости или часть его может оставаться на лыже и после того как закончится фаза скольжения. Если мы не положим в такую погоду мягкую мазь, лыжи будут отдавать назад.
Когда температура воздуха поднимается выше О0С, трение скольжения начинает быстро уменьшаться. Вообще же это трение бывает более сильным на свежем снегу, а не на старом крупнозернистом, наименее заметно оно на чистом льду.
Подготовка лыж к соревнованиям производится, учитывая все погодные условия, рельеф трассы и личный опыт.

На качество скольжения оказывает влияние несколько факторов, к важнейшим из которых следует отнести:
* конструктивные особенности лыж, в т.ч. качество скользящего покрытия (тефлона);
* микроструктура скользящей поверхности;
* метеорологические факторы (температура воздуха и снега, влажность, структура снежного покрова, динамика атмосферных явлений и др.);
* качество применяемых скользящих мазей;
* способ нанесения скользящей мази на лыжу.

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.

Снег – это атмосферные осадки, состоящие из мелких кристаллов льда. Существует устойчивое мнение, что снег является хорошим теплоизолятором и поэтому может обладать едва ли не волшебными свойствами на маршруте. Особенно хороши такие теоретические изыскания дома в тепле.

Давайте рассмотрим более внимательно аспекты использования снега на маршруте.

Снег выпадает на поверхность земли в форме снежинок примерно 5 мм в диаметре и массой 0,004 гр. При этом снежинки на 95 процентов состоят из воздуха и как раз именно это обеспечивает показатель теплоизоляции в 0,1-0,15 вт\м*гр, при плотности 100-200 кг\м3. Показатель теплоизоляции сравним с хорошими строительными утеплителями. Судя по этому, можно просто выйти на улицу, упасть в сугроб и спокойно спать – будет тепло. Тем не менее, если бы всё было так, то бомжей на улицах нашей страны было бы больше, чем в любом другом государстве мира.

Выйдем на улицу и пройдёмся по снегу. Он хрустит. За счёт чего? За счёт того, что кристаллики льда ломаются и снег уплотняется. Как частный случай, при температуре от минус двух и теплее снег не скрипит, так как кристаллы льда не ломаются, а тают. Конечного результата это не меняет – снег становится более плотным и его показатели теплоизоляции падают. Кроме этого, снег не имеет свойства лежать на поверхности именно в том состоянии, в котором упал. Он постоянно меняется, с течением времени, изменения температуры, влияния ветров, из-за переноса и дрейфа по склонам. В горах снег постепенно может превратиться в фирн, а затем в лёд. Существует большое количество состояний снега, но наилучшими теплоизоляционными свойствами обладает только свежевыпавший. Увы, обладает он этими свойствами только до тех пор, пока его не сжать. В целом, в процессе изменения свойств снега его плотность может значительно увеличиться, а теплоизоляция ухудшиться почти на порядок.

Почему тогда рекомендуются снежные норы при аварийных зимних ночёвках? Можно ли переночевать в сугробе в одежде, просто закопавшись в снег? Почему северные народы строят хижины из снега? Если, казалось бы, всё так плохо с теплоизоляцией у снега?

По поводу ночлега в сугробе всё просто – зависит от одежды. В принципе, каждый из трёх вышеозначенных вопросов завязан на второй закон термодинамики, как и почти всё, связанное с теплом. Человек, полностью зарывшийся в снег, составляет со снегом систему, которая должна уравновеситься в отношении температуры. Так как температура человека выше, чем у снега, то тепло должно интенсивно уходить от него в толщу снега. Одежда как раз должна эти потери предотвращать. Хорошим моментом является уже само то, что температура снега выше, чем воздуха и выше, чем грунта. Это уменьшает потери тепла.

Плохим моментом мы получаем то, что снег может таять и, во-первых, превращаясь в лёд, значительно терять в теплоизоляции, а во-вторых, проникая в мокром виде в нашу одежду, может снижать её теплоизоляцию. Отсюда вывод – одежда должна быть такой толщины и обладать такими свойствами, чтобы тепло, выделяемое человеком, почти полностью сохранялось в пакете одежды, при этом температура поверхностного слоя этого пакета должна всегда быть равной температуре снега, в который мы улеглись. Вот два условия, при которых ночёвка в слое снега будет безопасной. Многие животные за счёт этого и переживают зиму – шкура позволяет и жир под ней. Естественно, для всего этого нужно быть здоровым и сытым, потому что потери тепла в принципе неизбежны, и оно должно генерироваться организмом. Также соответствующим пакетом одежды должно обеспечиваться всё тело полностью, включая все лапы. Другими словами, если в хорошем тельнике, бушлате на меху, толстых ватных штанах, валенках на тёплые носки, меховых рукавицах и шапке на меху залезть в снег, то можно там вполне удобно устроиться.

О строительстве снежных нор и особенностях ночёвок в них я уже . Зачастую для норы приходиться искать специальное место, например, надув, где её можно вырыть. Или же самому нагребать кучу снега и ждать некоторое время, пока она смёрзнется. В отличие от просто ночёвки в сугробе, задачей норы может ставиться как раз изоляция поверхности одежды от снега. То есть, одежда слишком неподходящая, для того, чтобы просто завалиться в снег. Кроме того, в горах при непогоде другого варианта может не быть. Да, теплоизоляция снега в таких случаях невысока, но она есть в принципе. В норе нет потерь от конвекции - если нора правильно сделана, конечно. Это особенно важно, когда снаружи ветер.

Если мы роем снежную нору и у нас недостаточно плотный пакет одежды, чтобы предотвратить потери тепла через тепловое излучение, то немаловажным в успехе дальнейшего бытия будет играть коврик или импровизированная подстилка. Если её не будет, то замерзание в таком случае станет неизбежным. Если она есть, то воздух между вашим телом и стенами норы, благодаря тепловому излучению от вашего тела, немного прогреется. Чем теплее и безветреннее будет снаружи, чем толще стены у вашей норы, тем выше будет температура внутри. Ненамного, конечно, но выше. Бывает, перепада температур достаточно для выживания. Что такое перепад температуры в десять градусов? Это много для аварийной ночёвки, но при минус сорока градусах снаружи это может уже не помочь. Плюс к этому, одежда может отсыреть и если к следующей ночи она не высохнет, выжить станет сложнее.

Отсюда вывод – при неизбежной ночёвке в толще снега, чем хуже одежда, тем более чаша выбора между убежищами должна склоняться в сторону норы, при прочих равных условиях, конечно.

Теперь о снежных хижинах эскимосов – иглу. Почему свои дома они строят из снега? Ответ очевиден и прост донельзя – а больше строить не из чего. Больше там ничего нет. Это, во-первых. Во-вторых, хижины отапливаются жировками – горелками на жире. Тут всё просто – можно построить самый технологичный и тёплый дом на свете, потом прийти в него среди суровой зимы и обнаружить, что там холодно. Логично – тёплый дом, спальный мешок, одежда и прочее, они должны удерживать уже существующее тепло, а сами по себе они греть не могут, так как для этого нужен источник энергии. Также и иглу эскимосов – они теплы, пока в них топят. Также, как туристическая палатка с печкой – на улице может быть минус тридцать, а внутри плюс тридцать. Разница только в том, что палатка теплоизоляции вообще никакой не имеет и стоит только прекратить топить печку, как температура в течение короткого промежутка времени сравняется с уличной. У иглу теплоизоляция какая-никакая, а присутствует. По сравнению с палаткой, она просто отличная. Грамотная конструкция, плюс в долговременных посёлках шкурами укрываются и стены жилища, существенно повышая степень удерживания тепла.

В походах с палаткой снег может являться защитой от ветра. Палатку вкапывают, юбку засыпают снегом, строят ветрозащитные стены из блоков. В долговременных лагерях выше уровня леса и при наличии толстого снежного покрова, кухни и отхожие места часто делаются в виде пещер, а переходы между палатками и пещерами выполняются траншеями.

Вывод: снег хороший теплоизолятор в том случае, если ничего другого нет, и при том условии, если с умом подходить к его использованию. Но его свойства не спасут человека, который уже замёрз, устал, голоден или просто его снаряжение и одежда не позволяют достичь цели выживания при помощи только лишь укрытий из снега.

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

Градиенты температуры

Снежная толща может ослабевать с течением времени, если имеется значительная разница в температуре отдельных слоев этой толщи. Например, между изолированным теплым снегом на глубине и более холодными слоями вблизи поверхности. Такая разница температур при определенных градиентах способствует формированию слабых слоев с температурными градиентами, особенно в неплотном снеге. Хорошо выраженные снежные кристаллы, образовавшиеся в результате метаморфизма под воздействием перепада температур, называются глубинная изморозь. Эти кристаллы на любой стадии формирования представляет серьёзную угрозу устойчивости снега.

Температура снегопада

Изменение температуры воздуха во время снегопада также имеет большое значение, так как влияет на сцепление слоёв. Снегопады, которые начинаются холодными, а затем постепенно нагреваются, скорее всего, вызовут лавину, чем те, при которых теплый снег ложится на теплую поверхность. Пушистый холодный снег, который выпадает в начале снегопада, часто плохо сцепляется со старой снежной поверхностью и недостаточно прочен, чтобы поддерживать более плотный снег, падающий поверх него. Любое быстрое продолжительное повышение температуры после долгого периода холодной погоды ведет к неустойчивости и должно быть отмечено как признак лавинной опасности.

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)