Снег

Снег образуется в облаках, являющихся частью больших погодных систем. В редких случаях снежинки могут образовываться под ясным небом при очень низких температурах и температурных инверсиях. Физика образования снежных кристаллов в облаках зависит от сложного сочетания параметров, включая влажность и температуру. Характер снегопада зависит от широты, высоты над уровнем моря и других факторов, влияющих на погоду в целом^[4].

Для выпадание снега необходимо формирования в атмосфере так называемых снежных облаков. Такие облака чаще всего формируются в областях стыков тёплых и холодных атмосферных фронтов при условии крайне низкого атмосферного давления^[5].

Внетропические циклоны — это области низкого атмосферного давления, которые могут вызывать любые явления — от пасмурной погоды и умеренного снегопада до сильных метелей. Осенью, зимой и весной атмосфера над континентами охлаждается достаточно сильно во всей толще тропосферы для возникновения снежных бурь. В Северном полушарии наибольшее количество снега образуется в северной части зоны низкого давления^[6].

Холодные фронты — это фронты движущейся массы холодного воздуха. Они могут вызывать фронтальную метель — область интенсивной атмосферной конвекции при температуре поверхности около нуля.

В результате перемещения больших объёмов тёплого воздуха вверх выделяется достаточный объём влаги для формирования микрокристаллов льда, которые и формируют основу снежной массы. Далее осадки в виде снега выпадают на территорию прохождения атмосферного фронта, усиливаемые порывами ветра. Как правило, в таких случаях время снегопада не продолжительное и не превышает одного часа в любой точке прохождения атмосферного фронта.

Тёплые фронты также способны вызывать снегопады, однако гораздо меньшей силы. Как правило, тёплые потоки воздуха, соприкасаясь с холодными потоками с температурой ниже нуля градусов, образуют осадки в зоне соприкосновения. На поверхность Земли выпадает дождь со снегом, постепенно переходящий в холодный дождь. Как правило, такие осадки носят затяжной характер^[7].

Горные снегопады вызываются воздушными массами, поднимаемыми ветром на горных склонах, как правило, больших гор. Поднимающийся воздух подвергается адиабатическому охлаждению, что приводит к конденсации влаги и выпадению осадков. Осадки удаляют влагу из воздуха, который становится сухим по мере спуска с подветренного склона. Высокая интенсивность снегопада и снижение температуры по мере подъёма приводят к увеличению высоты снежного покрова и его сезонной устойчивости с ростом высоты^[8].

Отдельная снежинка состоит примерно из 10¹⁹ молекул воды, которые с разной скоростью присоединяются к её ядру и образуют различные геометрические формы.

Особенность узора снежинки формируется под влиянием нескольких факторов, среди которых важнейшие — окружающая температура воздуха и уровень влажности атмосферы. Все снежинки при рассмотрении их под микроскопом имеют уникальную форму, но при этом схожую с другими снежинками^[9].

Формирование снежинок происходит при замерзании ничтожно малых капель воды, которые могут оставаться в жидком состоянии при температурах ниже −18 °C, поскольку для замерзания несколько молекул в капельке должны случайным образом собраться в структуру, подобную кристаллической решётке. После замерзания ядра — замерзает вся капля полностью. Иногда для выполнения роли ядра необходимо присутствие аэрозольной частицы. Такую роль могут играть частицы глины, пустынной пыли или биологического вещества. Искусственными ядрами могут быть частицы йодистого серебра и сухого льда^[9].

Скорость падения снежинок зависит от их формы и степени инея и обычно составляет 1—2 м/с. Это можно сравнить со скоростью падения капель дождя (6—7 м/с)^[10].

Кроме снегопада, при развитии морозного тумана в небольших количествах образуются кристаллы снега. Новые кристаллы снега образуются также в больших количествах, когда водяной пар из атмосферы оседает в виде новых кристаллов льда непосредственно на существующий снежный или ледяной покров или даже на оконное стекло при низких температурах (образование корки). Образование корки может также изменить физические свойства снежной поверхности (например, альбедо, скольжение лыж по снегу), хотя обычно это мало влияет на количество снега. Если снежный покров увеличивается за счёт капель жидкого облака или тумана, попадающих на поверхность под действием воздушного потока, то это называется инеем. Особенно в горных массивах, горах, на море и открытых водоёмах (реках, озёрах) иней является очень важной формой снежного покрова^[11].

Измерение количества замёрзшей жидкости, выпавшей при снегопаде, может производиться с помощью снегомера или обычного дождемера. При использовании обычного дождемера необходимо снять воронку и внутренний цилиндр, чтобы снег падал и собирался во внешнем цилиндре. Можно также добавить антифриз^[12].

Талый снег весной является значительным источником воды для районов с жарким климатом, расположенных вблизи гор, которые захватывают и удерживают зимний снег. Значение этого источника возрастает, если лето сухое и продолжительное. В таких местах измерение количества снега имеет первостепенное значение для городов, расположенных у подножия той или иной горы. Часто измерения производятся и простым измерением глубины снежного покрова, что можно сделать с помощью шеста. Однако такое измерение не даёт представления о плотности и эквиваленте жидкости^[3].

В районах с полным снежным покровом на поверхности происходит значительное отражение света обратно в атмосферу Земли, в результате чего земля нагревается меньше. С другой стороны, длинноволновые тепловые лучи достаточно хорошо поглощаются снегом. В процессе таяния снега эти лучи служат главным образом для преодоления энергетических связей между молекулами воды, но они не нагревают ни снег, ни растаявшую воду. Свежевыпавший снег на 95 % состоит из воздуха, запертого между снежинками, что делает его очень хорошим теплоизолятором, защищающим семена и растения под ним от суровых зимних ветров и холода^[13].

Если снежный покров обычно присутствует только зимой, то снег и происходящие с ним изменения важны и с эстетической точки зрения. Снег является метафорой зимы в целом. Обычная деятельность, сенсорное восприятие и досуг отличаются от таковых в другое время года. Для туризма снег играет важную роль, а для детей часто является источником различных развлечений, включая лепку снеговиков и бои снежками^[14].

Серьёзную опасность представляют снежные лавины, которые могут погрести под собой небольшие населённые пункты. Сильные снегопады также могут привести к серьёзным разрушениям (перегрузка или завал зданий, нарушение электроснабжения, падение деревьев, отрезание деревень от цивилизации и прочие)^[15].

Снежный покров и обледенелые дороги чрезвычайно опасны и часто приводят к полному нарушению транспортного сообщения. Улицы после обильных снегопадов зачастую доступны и проходимы только после их обработки специальными противоскользящими химическими средствами^[15].

Туристические курорты, используемые для занятий зимними видами спорта, зависят от наличия снежного покрова и поэтому при его недостатке или отсутствии используют специальные машины для создания искусственного снежного покрова. Искусственный снег по своим свойствам отличается от естественного^[16].

Снег также имеет акустическое значение. Он рыхлый, между снежинками задерживается большое количество воздуха, что делает его идеальным звукоизолятором. Отсюда зимняя тишина и покой, разливающийся над полями^[14].