La nieve está formada por cristales de hielo individuales que crecen mientras están suspendidos en la atmósfera —normalmente dentro de las nubes— y luego caen, acumulándose en el suelo donde sufren más cambios. [2] Está formada por agua cristalina congelada durante todo su ciclo de vida, que comienza cuando, en condiciones adecuadas, los cristales de hielo se forman en la atmósfera, aumentan hasta alcanzar un tamaño milimétrico, se precipitan y se acumulan en las superficies, luego se metamorfosean en el lugar y, finalmente, se derriten, se deslizan o se subliman .
Las tormentas de nieve se organizan y desarrollan al alimentarse de fuentes de humedad atmosférica y aire frío. Los copos de nieve se nuclean alrededor de partículas en la atmósfera al atraer gotitas de agua superenfriada , que se congelan en cristales de forma hexagonal. Los copos de nieve adoptan una variedad de formas, entre las que se encuentran las plaquetas, las agujas, las columnas y la escarcha . A medida que la nieve se acumula en un manto de nieve , puede volar en montones. Con el tiempo, la nieve acumulada se metamorfosea, por sinterización , sublimación y congelación-descongelación . Cuando el clima es lo suficientemente frío como para que se acumule año tras año, puede formarse un glaciar . De lo contrario, la nieve generalmente se derrite estacionalmente, lo que provoca escorrentías en arroyos y ríos y recarga las aguas subterráneas .
Las principales zonas propensas a la nieve son las regiones polares , la mitad más septentrional del hemisferio norte y las regiones montañosas de todo el mundo con suficiente humedad y temperaturas frías. En el hemisferio sur , la nieve se limita principalmente a las zonas montañosas, aparte de la Antártida . [3]
La nieve afecta a actividades humanas como el transporte , ya que crea la necesidad de mantener limpias las carreteras, los alerones y las ventanas; la agricultura , ya que proporciona agua a los cultivos y protege al ganado; los deportes como el esquí , el snowboard y los viajes en motos de nieve ; y la guerra . La nieve también afecta a los ecosistemas , ya que proporciona una capa aislante durante el invierno bajo la cual las plantas y los animales pueden sobrevivir al frío. [1]
La nieve se forma en nubes que forman parte de un sistema meteorológico más amplio. La física del desarrollo de los cristales de nieve en las nubes es el resultado de un conjunto complejo de variables que incluyen el contenido de humedad y las temperaturas. Las formas resultantes de los cristales que caen y se desprenden pueden clasificarse en varias formas básicas y combinaciones de las mismas. Ocasionalmente, se pueden formar algunos copos de nieve en forma de placa, dendríticos y estelares bajo un cielo despejado con una inversión térmica muy fría. [4]
Las nubes de nieve suelen formarse en el contexto de sistemas meteorológicos más amplios, el más importante de los cuales es la zona de bajas presiones, que suele incorporar frentes cálidos y fríos como parte de su circulación. Otras dos fuentes de nieve productivas a nivel local son las tormentas de efecto lago (también de efecto mar) y los efectos de elevación, especialmente en las montañas.
Los ciclones de latitudes medias son áreas de baja presión que pueden producir desde nubosidad y tormentas de nieve leves hasta fuertes ventiscas . [5] Durante el otoño , el invierno y la primavera de un hemisferio, la atmósfera sobre los continentes puede ser lo suficientemente fría en la profundidad de la troposfera como para provocar nevadas. En el hemisferio norte, el lado norte del área de baja presión produce la mayor cantidad de nieve. [6] En las latitudes medias del sur , el lado de un ciclón que produce la mayor cantidad de nieve es el lado sur.
Un frente frío , el borde delantero de una masa de aire más fría, puede producir borrascas de nieve frontales (una línea convectiva frontal intensa (similar a una banda de lluvia ) cuando la temperatura está cerca del punto de congelación en la superficie). La fuerte convección que se desarrolla tiene suficiente humedad para producir condiciones de visión blanca en los lugares por los que pasa la línea a medida que el viento causa una intensa nevada. [7] Este tipo de borrasca de nieve generalmente dura menos de 30 minutos en cualquier punto a lo largo de su trayectoria, pero el movimiento de la línea puede cubrir grandes distancias. Las borrascas frontales pueden formarse a poca distancia por delante del frente frío de la superficie o detrás del frente frío, donde puede haber un sistema de baja presión que se profundiza o una serie de líneas de vaguada que actúan de manera similar al paso de un frente frío tradicional. En situaciones en las que las borrascas se desarrollan posfrontalmente, no es inusual que dos o tres bandas de borrascas lineales pasen en rápida sucesión separadas solo por 25 millas (40 kilómetros), y cada una pase por el mismo punto con aproximadamente 30 minutos de diferencia. En los casos en que hay una gran cantidad de crecimiento vertical y mezcla, la borrasca puede desarrollar nubes cumulonimbus incrustadas que resultan en relámpagos y truenos, denominados nevadas eléctricas .
Un frente cálido puede producir nieve durante un período, ya que el aire cálido y húmedo prevalece sobre el aire bajo cero y crea precipitaciones en el límite. A menudo, la nieve se transforma en lluvia en el sector cálido detrás del frente. [7]
La nieve por efecto lago se produce durante condiciones atmosféricas más frías cuando una masa de aire frío se mueve a través de largas extensiones de agua de lago más cálida , calentando la capa inferior de aire que recoge vapor de agua del lago, se eleva a través del aire más frío de arriba, se congela y se deposita en las costas de sotavento (a favor del viento). [8] [9]
El mismo efecto que se produce sobre masas de agua salada se denomina efecto océano o efecto bahía de nieve . El efecto se potencia cuando la masa de aire en movimiento se eleva por la influencia orográfica de elevaciones más altas en las costas a sotavento. Esta elevación puede producir bandas estrechas pero muy intensas de precipitación que pueden depositarse a un ritmo de muchos centímetros de nieve por hora, lo que a menudo da como resultado una gran cantidad de nevada total. [10]
Las áreas afectadas por la nieve por efecto lago se denominan cinturones de nieve . Entre ellos se incluyen las áreas al este de los Grandes Lagos , las costas occidentales del norte de Japón, la península de Kamchatka en Rusia y las áreas cercanas al Gran Lago Salado , el mar Negro , el mar Caspio , el mar Báltico y partes del norte del océano Atlántico. [11]
Las nevadas orográficas o de relieve se crean cuando el aire húmedo es impulsado hacia arriba por el lado barlovento de las cadenas montañosas por un flujo de viento a gran escala . El ascenso del aire húmedo por el lado de una cadena montañosa da como resultado un enfriamiento adiabático y, en última instancia, condensación y precipitación. La humedad se elimina gradualmente del aire mediante este proceso, dejando aire más seco y cálido en el lado descendente, o de sotavento . [12] La mayor cantidad de nevadas resultante, [13] junto con la disminución de la temperatura con la elevación, [14] se combinan para aumentar la profundidad de la nieve y la persistencia estacional de la capa de nieve en áreas propensas a la nieve. [1] [15]
También se ha descubierto que las ondas de montaña ayudan a aumentar las cantidades de precipitación a sotavento de las cadenas montañosas al aumentar la sustentación necesaria para la condensación y la precipitación. [16]
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Un copo de nieve está formado por aproximadamente 10 19 moléculas de agua que se añaden a su núcleo a diferentes velocidades y en diferentes patrones según los cambios de temperatura y humedad dentro de la atmósfera por la que cae el copo de nieve en su camino hacia el suelo. Como resultado, los copos de nieve difieren entre sí, aunque siguen patrones similares. [17] [18] [19]
Los cristales de nieve se forman cuando las diminutas gotitas de nubes superenfriadas (de unos 10 μm de diámetro) se congelan . Estas gotitas pueden permanecer líquidas a temperaturas inferiores a −18 °C (0 °F), porque para congelarse, algunas moléculas en la gotita deben unirse por casualidad para formar una disposición similar a la de una red de hielo. La gotita se congela alrededor de este "núcleo". En nubes más cálidas, una partícula de aerosol o "núcleo de hielo" debe estar presente en (o en contacto con) la gotita para que actúe como núcleo. Los núcleos de hielo son muy raros en comparación con los núcleos de condensación de nubes en los que se forman gotitas líquidas. Las arcillas, el polvo del desierto y las partículas biológicas pueden ser núcleos. [20] Los núcleos artificiales incluyen partículas de yoduro de plata y hielo seco , y estos se utilizan para estimular la precipitación en la siembra de nubes . [21]
Una vez que una gota se ha congelado, crece en el entorno sobresaturado, uno donde el aire está saturado con respecto al hielo cuando la temperatura está por debajo del punto de congelación. La gota luego crece por difusión de moléculas de agua en el aire (vapor) sobre la superficie del cristal de hielo donde se recogen. Debido a que las gotas de agua son mucho más numerosas que los cristales de hielo, los cristales pueden crecer hasta cientos de micrómetros o milímetros de tamaño a expensas de las gotas de agua mediante el proceso Wegener-Bergeron-Findeisen . Estos grandes cristales son una fuente eficiente de precipitación, ya que caen a través de la atmósfera debido a su masa, y pueden colisionar y pegarse en grupos o agregados. Estos agregados son copos de nieve y, por lo general, son el tipo de partícula de hielo que cae al suelo. [22] Aunque el hielo es transparente, la dispersión de la luz por las facetas del cristal y los huecos/imperfecciones significa que los cristales a menudo parecen de color blanco debido a la reflexión difusa de todo el espectro de luz por las pequeñas partículas de hielo. [23]
La micrografía de miles de copos de nieve desde 1885 en adelante, comenzando con Wilson Alwyn Bentley , reveló la amplia diversidad de copos de nieve dentro de un conjunto clasificable de patrones. [25] Se han observado cristales de nieve estrechamente coincidentes. [26]
Ukichiro Nakaya desarrolló un diagrama de morfología cristalina, relacionando las formas de los cristales con las condiciones de temperatura y humedad bajo las cuales se formaron, que se resume en la siguiente tabla. [1]
Nakaya descubrió que la forma también es una función de si la humedad predominante está por encima o por debajo de la saturación. Las formas por debajo de la línea de saturación tienden más a ser sólidas y compactas, mientras que los cristales formados en aire sobresaturado tienden a ser más delicados y ornamentados. También se forman muchos patrones de crecimiento más complejos, que incluyen planos laterales, rosetas de bala y tipos planares, según las condiciones y los núcleos de hielo. [27] [28] [29] Si un cristal ha comenzado a formarse en un régimen de crecimiento en columna a alrededor de −5 °C (23 °F) y luego cae en el régimen más cálido de tipo placa, los cristales en placa o dendríticos brotan al final de la columna, produciendo las llamadas "columnas tapadas". [22]
Magono y Lee idearon una clasificación de los cristales de nieve recién formados que incluye 80 formas distintas y documentaron cada una de ellas con micrografías. [30]
La nieve se acumula a partir de una serie de eventos de nieve, interrumpidos por congelamiento y descongelamiento, sobre áreas que son lo suficientemente frías como para retener nieve estacional o perennemente. Las principales áreas propensas a la nieve incluyen el Ártico y la Antártida , el hemisferio norte y las regiones alpinas. El equivalente líquido de la nevada se puede evaluar utilizando un medidor de nieve [31] o con un pluviómetro estándar , ajustado para el invierno mediante la eliminación de un embudo y un cilindro interior. [32] Ambos tipos de medidores derriten la nieve acumulada e informan la cantidad de agua recolectada. [33] En algunas estaciones meteorológicas automáticas se puede utilizar un sensor ultrasónico de profundidad de nieve para complementar el medidor de precipitación. [34]
Ráfaga de nieve , chubasco de nieve , tormenta de nieve y ventisca describen eventos de nieve de duración e intensidad progresivamente mayores. [35] Una ventisca es una condición climática que involucra nieve y tiene definiciones variables en diferentes partes del mundo. En los Estados Unidos , una ventisca ocurre cuando se cumplen dos condiciones durante un período de tres horas o más: un viento sostenido o ráfagas frecuentes de 35 millas por hora (16 m/s), y suficiente nieve en el aire para reducir la visibilidad a menos de 0,4 kilómetros (0,25 mi). [36] En Canadá y el Reino Unido , los criterios son similares. [37] [38] Si bien las fuertes nevadas a menudo ocurren durante las condiciones de ventisca, la nieve que cae no es un requisito, ya que la nieve que sopla puede crear una ventisca en el suelo . [39]
La intensidad de las tormentas de nieve se puede clasificar según la visibilidad y la profundidad de acumulación. [40] La intensidad de las nevadas se determina según la visibilidad , de la siguiente manera: [41]
Las borrascas de nieve pueden depositar nieve en bandas que se extienden desde cuerpos de agua como fenómenos meteorológicos propios de lagos o ser resultado del paso de un frente de nivel superior. [42] [43] [44]
La Clasificación Internacional de Nieve Estacional sobre el Suelo define la "altura de la nieve nueva" como la profundidad de la nieve recién caída, en centímetros, medida con una regla, que se acumuló en una tabla de snowboard durante un período de observación de 24 horas u otro intervalo de observación. Después de la medición, se retira la nieve de la tabla y esta se coloca al ras de la superficie de la nieve para proporcionar una medición precisa al final del siguiente intervalo. [4] El derretimiento, la compactación, el viento y la acumulación de nieve contribuyen a la dificultad de medir la caída de nieve. [45]
Los glaciares con sus capas de nieve permanente cubren alrededor del 10% de la superficie de la Tierra, mientras que la nieve estacional cubre alrededor del nueve por ciento, [1] principalmente en el hemisferio norte, donde la nieve estacional cubre alrededor de 40 millones de kilómetros cuadrados (15 × 10 6 millas cuadradas), según una estimación de 1987. [46] Una estimación de 2007 de la cubierta de nieve sobre el hemisferio norte sugirió que, en promedio, la cubierta de nieve varía desde una extensión mínima de 2 millones de kilómetros cuadrados (0,77 × 10 6 millas cuadradas) cada agosto hasta una extensión máxima de 45 millones de kilómetros cuadrados (17 × 10 6 millas cuadradas) cada enero o casi la mitad de la superficie terrestre en ese hemisferio. [47] [48] Un estudio de la extensión de la capa de nieve del hemisferio norte durante el período 1972-2006 sugiere una reducción de 0,5 millones de kilómetros cuadrados (0,19 × 10 6 millas cuadradas) durante el período de 35 años. [48]
Los siguientes son récords mundiales en cuanto a nevadas y copos de nieve:
Las ciudades (de más de 100.000 habitantes) con mayor precipitación anual de nieve son Aomori (792 cm), Sapporo (485 cm) y Toyama (363 cm) en Japón , seguidas de St. John's (332 cm) y Quebec City (315 cm) en Canadá , y Syracuse, NY (325 cm). [53]
Según la Asociación Internacional de Ciencias Criosféricas, el metamorfismo de la nieve es "la transformación que sufre la nieve en el período desde su deposición hasta su fusión o su paso a hielo glacial". [4] La nieve, que comienza como una deposición en polvo, se vuelve más granular cuando comienza a compactarse por su propio peso, es arrastrada por el viento, sinteriza las partículas y comienza el ciclo de fusión y recongelación. El vapor de agua desempeña un papel, ya que deposita cristales de hielo, conocidos como escarcha , durante condiciones frías y tranquilas. [54] Durante esta transición, la nieve "es un material sinterizado y altamente poroso formado por una estructura de hielo continua y un espacio poroso conectado de forma continua, que forman juntos la microestructura de la nieve". Casi siempre cerca de su temperatura de fusión, un manto de nieve está transformando continuamente estas propiedades, en las que pueden coexistir las tres fases del agua, incluido el agua líquida que llena parcialmente el espacio poroso. Después de su deposición, la nieve avanza por uno de dos caminos que determinan su destino, ya sea por ablación (principalmente por derretimiento) a partir de una nevada o un manto de nieve estacional, o por transición de firn (nieve de varios años) a hielo glaciar . [4]
Con el paso del tiempo, una capa de nieve puede asentarse por su propio peso hasta que su densidad sea aproximadamente del 30% de la del agua. Los aumentos de densidad por encima de esta compresión inicial se producen principalmente por fusión y recongelación, causadas por temperaturas superiores al punto de congelación o por la radiación solar directa. En climas más fríos, la nieve permanece en el suelo durante todo el invierno. A finales de la primavera, las densidades de nieve suelen alcanzar un máximo del 50% de agua. [55] La nieve que persiste en verano se convierte en névé , nieve granular, que se ha derretido parcialmente, vuelto a congelar y compactado. La névé tiene una densidad mínima de 500 kilogramos por metro cúbico (31 lb/cu ft), que es aproximadamente la mitad de la densidad del agua líquida. [56]
El firn es nieve que ha persistido durante varios años y se ha recristalizado en una sustancia más densa que el névé , pero menos densa y dura que el hielo glacial . El firn se parece al azúcar apelmazado y es muy resistente a la palada. Su densidad generalmente varía de 550 a 830 kilogramos por metro cúbico (34 a 52 lb/cu ft), y a menudo se puede encontrar debajo de la nieve que se acumula en la cabeza de un glaciar . La altitud mínima a la que se acumula el firn en un glaciar se llama límite de firn , línea de firn o línea de nieve . [1] [57]
Hay cuatro mecanismos principales para el movimiento de la nieve depositada: la deriva de nieve no sinterizada, las avalanchas de nieve acumulada en pendientes pronunciadas, el derretimiento de la nieve durante las condiciones de deshielo y el movimiento de los glaciares después de que la nieve ha persistido durante varios años y se ha metamorfoseado en hielo glaciar.
Cuando la nieve en polvo se desplaza con el viento desde el lugar donde cayó originalmente, [58] forma depósitos con una profundidad de varios metros en lugares aislados. [59] Después de adherirse a las laderas, la nieve arrastrada por el viento puede convertirse en una placa de nieve, que constituye un peligro de avalancha en pendientes pronunciadas. [60]
Una avalancha (también llamada alud de nieve o deslizamiento de nieve) es un flujo rápido de nieve por una superficie inclinada. Las avalanchas se desencadenan típicamente en una zona de inicio a partir de una falla mecánica en el manto de nieve (avalancha de placa) cuando las fuerzas sobre la nieve exceden su resistencia, pero a veces solo con un ensanchamiento gradual (avalancha de nieve suelta). Después del inicio, las avalanchas generalmente se aceleran rápidamente y crecen en masa y volumen a medida que arrastran más nieve. Si la avalancha se mueve lo suficientemente rápido, parte de la nieve puede mezclarse con el aire formando una avalancha de nieve en polvo, que es un tipo de corriente de gravedad . Ocurren en tres mecanismos principales: [60]
Muchos ríos que se originan en regiones montañosas o de latitudes altas reciben una parte importante de su caudal del deshielo. Esto hace que el caudal del río sea a menudo muy estacional, lo que da lugar a inundaciones periódicas [61] durante los meses de primavera y, al menos en las regiones montañosas secas como las montañas del oeste de los EE. UU. o la mayor parte de Irán y Afganistán , a un caudal muy bajo durante el resto del año. Por el contrario, si gran parte del deshielo procede de zonas glaciares o casi glaciares, el deshielo continúa durante la estación cálida, y los caudales máximos se producen a mediados o finales del verano. [62]
Los glaciares se forman cuando la acumulación de nieve y hielo supera la ablación. La zona en la que se forma un glaciar alpino se denomina circo (corrie o cwm), una formación geológica típicamente en forma de sillón, que acumula nieve y donde la capa de nieve se compacta bajo el peso de capas sucesivas de nieve acumulada, formando nevadas. El aplastamiento posterior de los cristales de nieve individuales y la reducción del aire atrapado en la nieve la convierten en hielo glacial. Este hielo glacial llenará el circo hasta que se desborde a través de una debilidad geológica o una ruta de escape, como el espacio entre dos montañas. Cuando la masa de nieve y hielo es lo suficientemente gruesa, comienza a moverse debido a una combinación de pendiente de la superficie, gravedad y presión. En pendientes más pronunciadas, esto puede ocurrir con tan solo 15 m (49 pies) de nieve-hielo. [1]
Los científicos estudian la nieve en una amplia variedad de escalas que incluyen la física de los enlaces químicos y las nubes ; la distribución, acumulación, metamorfosis y ablación de los mantos de nieve; y la contribución del deshielo a la hidráulica fluvial y la hidrología del suelo . Al hacerlo, emplean una variedad de instrumentos para observar y medir los fenómenos estudiados. Sus hallazgos contribuyen al conocimiento aplicado por los ingenieros , que adaptan vehículos y estructuras a la nieve, por los agrónomos , que abordan la disponibilidad del deshielo para la agricultura , y aquellos, que diseñan equipos para actividades deportivas en la nieve. Los científicos desarrollan y otros emplean sistemas de clasificación de la nieve que describen sus propiedades físicas en escalas que van desde el cristal individual hasta el manto de nieve agregado. Una subespecialidad son las avalanchas , que son de interés tanto para los ingenieros como para los deportistas al aire libre.
La ciencia de la nieve estudia cómo se forma la nieve, su distribución y los procesos que afectan a la forma en que los mantos de nieve cambian con el tiempo. Los científicos mejoran la previsión de tormentas, estudian la capa de nieve global y su efecto sobre el clima, los glaciares y los suministros de agua en todo el mundo. El estudio incluye las propiedades físicas del material a medida que cambia, las propiedades en masa de los mantos de nieve en el lugar y las propiedades agregadas de las regiones con capa de nieve. Para ello, emplean técnicas de medición física sobre el terreno para establecer la verdad del terreno y técnicas de teledetección para desarrollar la comprensión de los procesos relacionados con la nieve en grandes áreas. [63]
En el campo, los científicos especializados en nieve suelen excavar un pozo de nieve en el que realizar mediciones y observaciones básicas. Las observaciones pueden describir características causadas por el viento, la percolación de agua o la nieve que se desprende de los árboles. La percolación de agua en un manto de nieve puede crear dedos de flujo y encharcamientos o flujo a lo largo de barreras capilares, que pueden volver a congelarse en formaciones de hielo sólido horizontales y verticales dentro del manto de nieve. Entre las mediciones de las propiedades de los mantos de nieve que incluye la Clasificación Internacional de Nieve Estacional sobre el Terreno se encuentran: altura de la nieve, equivalente en agua de la nieve, resistencia de la nieve y extensión de la cubierta de nieve. Cada una tiene una designación con un código y una descripción detallada. La clasificación extiende las clasificaciones anteriores de Nakaya y sus sucesores a tipos relacionados de precipitación y se citan en la siguiente tabla: [4]
Todas se forman en las nubes, excepto la escarcha, que se forma en objetos expuestos a humedad superenfriada.
También tiene una clasificación más amplia de la nieve depositada que las que pertenecen a la nieve transportada por el aire. Las categorías incluyen tanto tipos de nieve naturales como artificiales, descripciones de los cristales de nieve a medida que se metamorfosean y se derriten, el desarrollo de escarcha en el manto de nieve y la formación de hielo en él. Cada una de estas capas de un manto de nieve se diferencia de las capas adyacentes por una o más características que describen su microestructura o densidad, que en conjunto definen el tipo de nieve y otras propiedades físicas. Por lo tanto, en cualquier momento, el tipo y el estado de la nieve que forma una capa deben definirse porque sus propiedades físicas y mecánicas dependen de ellos. Las propiedades físicas incluyen la microestructura, el tamaño y la forma del grano, la densidad de la nieve, el contenido de agua líquida y la temperatura. [4]
Cuando se trata de medir la capa de nieve sobre el terreno, normalmente se miden tres variables: la extensión de la capa de nieve (SCE, por sus siglas en inglés) —la superficie terrestre cubierta de nieve—, la duración de la capa de nieve (SD, por sus siglas en inglés) —cuánto tiempo una superficie determinada está cubierta de nieve—, y la acumulación de nieve, a menudo expresada como equivalente de agua de nieve (SWE, por sus siglas en inglés), que expresa cuánta agua sería la nieve si se derritiera por completo: esta última es una medida del volumen de la capa de nieve. [64] Para medir estas variables se utilizan diversas técnicas: observaciones de superficie, teledetección , modelos de superficie terrestre y productos de reanálisis . Estas técnicas a menudo se combinan para formar los conjuntos de datos más completos. [64]
La teledetección de mantos de nieve mediante satélites y otras plataformas suele incluir la recopilación de imágenes multiespectrales. [65] La interpretación multifacética de los datos obtenidos permite sacar conclusiones sobre lo que se observa. La ciencia que sustenta estas observaciones remotas se ha verificado con estudios de campo de las condiciones reales. [1] [66]
Las observaciones satelitales registran una disminución de las áreas cubiertas de nieve desde la década de 1960, cuando comenzaron las observaciones satelitales. En algunas regiones, como China, se observó una tendencia al aumento de la cubierta de nieve entre 1978 y 2006. Estos cambios se atribuyen al cambio climático global, que puede provocar un derretimiento más temprano y una menor superficie cubierta. En algunas áreas, la profundidad de la nieve aumenta debido a las temperaturas más altas en latitudes al norte de los 40°. En el hemisferio norte en su conjunto, la extensión media mensual de la cubierta de nieve ha disminuido un 1,3% por década. [67]
Los métodos más utilizados para mapear y medir la extensión de la nieve, la profundidad de la nieve y el equivalente en agua de la nieve emplean múltiples entradas en el espectro visible-infrarrojo para deducir la presencia y las propiedades de la nieve. El Centro Nacional de Datos de Nieve y Hielo (NSIDC) utiliza la reflectancia de la radiación visible e infrarroja para calcular un índice de nieve de diferencia normalizada, que es una relación de parámetros de radiación que puede distinguir entre nubes y nieve. Otros investigadores han desarrollado árboles de decisión, empleando los datos disponibles para hacer evaluaciones más precisas. Un desafío para esta evaluación es donde la cubierta de nieve es irregular, por ejemplo durante períodos de acumulación o ablación y también en áreas boscosas. La cubierta de nubes inhibe la detección óptica de la reflectancia de la superficie, lo que ha llevado a otros métodos para estimar las condiciones del suelo debajo de las nubes. Para los modelos hidrológicos, es importante tener información continua sobre la cubierta de nieve. Los sensores pasivos de microondas son especialmente valiosos para la continuidad temporal y espacial porque pueden mapear la superficie debajo de las nubes y en la oscuridad. Cuando se combina con mediciones reflexivas, la detección pasiva de microondas extiende en gran medida las inferencias posibles sobre el manto de nieve. [67]
Las mediciones satelitales muestran que la capa de nieve ha estado disminuyendo en muchas áreas del mundo desde 1978. [64]
La ciencia de la nieve a menudo conduce a modelos predictivos que incluyen la deposición de nieve, el derretimiento de la nieve y la hidrología de la nieve (elementos del ciclo del agua de la Tierra ) que ayudan a describir el cambio climático global . [1]
Los modelos de cambio climático global (GCM) incorporan la nieve como un factor en sus cálculos. Algunos aspectos importantes de la capa de nieve incluyen su albedo (reflectividad de la radiación incidente, incluida la luz) y sus cualidades aislantes, que reducen la velocidad de fusión estacional del hielo marino. En 2011, se pensaba que la fase de fusión de los modelos de nieve de GCM tenía un rendimiento deficiente en regiones con factores complejos que regulan la fusión de la nieve, como la cubierta vegetal y el terreno. Estos modelos suelen derivar el equivalente de agua de nieve (SWE) de alguna manera a partir de observaciones satelitales de la capa de nieve. [1] La Clasificación Internacional de Nieve Estacional sobre el Terreno define el SWE como "la profundidad del agua que se produciría si la masa de nieve se derritiera por completo". [4]
Dada la importancia del deshielo para la agricultura, los modelos hidrológicos de escorrentía que incluyen la nieve en sus predicciones abordan las fases de acumulación de la capa de nieve, los procesos de deshielo y la distribución del agua de deshielo a través de las redes fluviales y hacia las aguas subterráneas. La clave para describir los procesos de deshielo son el flujo de calor solar, la temperatura ambiente, el viento y la precipitación. Los modelos iniciales de deshielo utilizaban un enfoque de grados-día que enfatizaba la diferencia de temperatura entre el aire y la capa de nieve para calcular el equivalente de agua de nieve, SWE. Los modelos más recientes utilizan un enfoque de balance energético que tiene en cuenta los siguientes factores para calcular Q m , la energía disponible para el deshielo. Esto requiere la medición de una serie de factores ambientales y de la capa de nieve para calcular seis mecanismos de flujo de calor que contribuyen a Q m . [1]
La nieve afecta rutinariamente a la civilización en cuatro áreas principales: el transporte, la agricultura, las estructuras y los deportes. La mayoría de los medios de transporte se ven obstaculizados por la nieve en la superficie de tránsito. La agricultura a menudo depende de la nieve como fuente de humedad estacional. Las estructuras pueden fallar bajo cargas de nieve. Los seres humanos encuentran una amplia variedad de actividades recreativas en los paisajes nevados. También afecta la conducción de la guerra.
La nieve afecta los derechos de paso de las carreteras, los aeródromos y los ferrocarriles. El uso de quitanieves es común para todos los trabajadores, aunque las carreteras utilizan productos químicos antihielo para evitar que el hielo se adhiera, mientras que los aeródromos no; los ferrocarriles dependen de abrasivos para la tracción de las vías.
Según un informe de 1994 elaborado por Kuemmel, a finales del siglo XX se gastaron anualmente 2.000 millones de dólares en el mantenimiento invernal de las carreteras en América del Norte, debido a la nieve y otros fenómenos meteorológicos invernales. El estudio examinó las prácticas de las jurisdicciones de 44 estados de los EE. UU. y nueve provincias canadienses. Se evaluaron las políticas, las prácticas y los equipos utilizados para el mantenimiento invernal y se encontró que en Europa prevalecían prácticas y avances similares. [68]
El efecto dominante de la nieve en el contacto del vehículo con la carretera es la disminución de la fricción. Esto se puede mejorar con el uso de neumáticos para nieve , que tienen una banda de rodadura diseñada para compactar la nieve de una manera que mejora la tracción. La clave para mantener una carretera que pueda acomodar el tráfico durante y después de un evento de nieve es un programa antihielo eficaz que emplee tanto productos químicos como arado . [68] El Manual de Prácticas para un Programa Antihielo Eficaz de la Administración Federal de Carreteras enfatiza los procedimientos "antihielo" que evitan la adhesión de la nieve y el hielo a la carretera. Los aspectos clave de la práctica incluyen: comprender el antihielo a la luz del nivel de servicio que se debe lograr en una carretera determinada, las condiciones climáticas que se encontrarán y los diferentes roles de los materiales y aplicaciones antihielo, antihielo y abrasivos, y emplear "cajas de herramientas" antihielo, una para operaciones, otra para la toma de decisiones y otra para el personal. Los elementos de las cajas de herramientas son: [69]
El manual ofrece matrices que abordan diferentes tipos de nieve y la tasa de nevadas para adaptar las aplicaciones de manera adecuada y eficiente.
Las vallas para nieve , construidas a barlovento de las carreteras, controlan la acumulación de nieve en el lugar deseado. También se utilizan en los ferrocarriles. Además, los agricultores y ganaderos utilizan vallas para nieve para crear acumulaciones en cuencas y disponer de agua en primavera. [70] [71]
Para mantener abiertos los aeropuertos durante las tormentas de invierno, las pistas y las calles de rodaje requieren la remoción de nieve. A diferencia de las carreteras, donde el tratamiento químico con cloruro es común para evitar que la nieve se adhiera a la superficie del pavimento, estos productos químicos suelen estar prohibidos en los aeropuertos debido a su fuerte efecto corrosivo sobre los aviones de aluminio. En consecuencia, a menudo se utilizan cepillos mecánicos para complementar la acción de las máquinas quitanieves. Dado el ancho de las pistas en los aeródromos que manejan aviones grandes, se utilizan vehículos con grandes palas quitanieves, un escalón de vehículos quitanieves o máquinas quitanieves rotativas para limpiar la nieve de las pistas y las calles de rodaje. Las plataformas de las terminales pueden requerir que se limpien 6 hectáreas (15 acres) o más. [72]
Las aeronaves debidamente equipadas pueden volar a través de tormentas de nieve bajo las reglas de vuelo por instrumentos . Antes del despegue, durante las tormentas de nieve, requieren líquido descongelante para evitar la acumulación y congelación de nieve y otras precipitaciones en las alas y fuselajes, lo que puede comprometer la seguridad de la aeronave y sus ocupantes. [73] En vuelo, las aeronaves dependen de una variedad de mecanismos para evitar la escarcha y otros tipos de formación de hielo en las nubes, [74] estos incluyen botas neumáticas pulsantes , áreas electrotérmicas que generan calor y descongeladores de fluidos que se filtran sobre la superficie. [75]
Los ferrocarriles han empleado tradicionalmente dos tipos de quitanieves para limpiar las vías: el quitanieves de cuña , que arroja la nieve a ambos lados, y el quitanieves rotativo , que es adecuado para hacer frente a fuertes nevadas y arrojar la nieve lejos hacia un lado o el otro. Antes de la invención del quitanieves rotativo alrededor de 1865, se necesitaban múltiples locomotoras para impulsar un quitanieves de cuña a través de la nieve profunda. Después de limpiar la vía con estos quitanieves, se utiliza un "rebordeador" para limpiar la nieve de entre los rieles que están por debajo del alcance de los otros tipos de quitanieves. Cuando la formación de hielo puede afectar el contacto de acero con acero de las ruedas de la locomotora en la vía, se han utilizado abrasivos (normalmente arena) para proporcionar tracción en subidas más pronunciadas. [76]
Los ferrocarriles emplean cobertizos para nieve (estructuras que cubren las vías) para evitar la acumulación de nieve intensa o avalanchas que cubran las vías en zonas montañosas nevadas, como los Alpes y las Montañas Rocosas . [77]
La nieve se puede compactar para formar una carretera de nieve y ser parte de una ruta de invierno para que los vehículos accedan a comunidades aisladas o proyectos de construcción durante el invierno. [78] La nieve también se puede utilizar para proporcionar la estructura y la superficie de soporte para una pista, como en el aeródromo Phoenix en la Antártida. La pista compactada con nieve está diseñada para soportar aproximadamente 60 vuelos con ruedas de aviones militares de carga pesada al año. [79]
Las nevadas pueden ser beneficiosas para la agricultura al servir como aislante térmico , conservando el calor de la Tierra y protegiendo los cultivos del clima bajo cero. Algunas áreas agrícolas dependen de una acumulación de nieve durante el invierno que se derretirá gradualmente en primavera, proporcionando agua para el crecimiento de los cultivos, tanto directamente como a través de la escorrentía a través de arroyos y ríos, que abastecen los canales de riego. [1] Los siguientes son ejemplos de ríos que dependen del agua de deshielo de los glaciares o de la capa de nieve estacional como una parte importante de su flujo del que depende el riego: el Ganges , muchos de cuyos afluentes nacen en el Himalaya y que proporcionan mucha irrigación en el noreste de la India , [80] el río Indo , que nace en el Tíbet [81] y proporciona agua de riego a Pakistán desde los glaciares tibetanos en rápida retirada, [82] y el río Colorado , que recibe gran parte de su agua de la capa de nieve estacional en las Montañas Rocosas [83] y proporciona agua de riego a unos 4 millones de acres (1,6 millones de hectáreas). [84]
La nieve es un factor importante a tener en cuenta en las cargas sobre las estructuras. Para abordar este problema, los países europeos emplean el Eurocódigo 1: Acciones sobre estructuras - Parte 1-3: Acciones generales - Cargas de nieve . [85] En América del Norte, la norma ASCE Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures (Cargas mínimas de diseño de la ASCE para edificios y otras estructuras) ofrece orientación sobre las cargas de nieve. [86] Ambas normas emplean métodos que traducen las cargas máximas de nieve previstas sobre el suelo en cargas de diseño para tejados.
Las cargas de nieve y la formación de hielo son dos problemas principales para los techos. Las cargas de nieve están relacionadas con el clima en el que se ubica una estructura. La formación de hielo suele ser el resultado de que el edificio o la estructura generen calor que derrite la nieve que se encuentra sobre ellos.
Cargas de nieve : Las cargas mínimas de diseño para edificios y otras estructuras brindan orientación sobre cómo traducir los siguientes factores en cargas de nieve en el techo: [86]
Proporciona tablas de cargas de nieve en el suelo por región y una metodología para calcular cargas de nieve en el suelo que pueden variar con la elevación a partir de valores medidos cercanos. El Eurocódigo 1 utiliza metodologías similares, comenzando con cargas de nieve en el suelo que se tabulan para partes de Europa. [85]
Formación de hielo : los tejados también deben diseñarse para evitar las presas de hielo , que resultan del agua de deshielo que corre bajo la nieve del tejado y se congela en el alero. Las presas de hielo en los tejados se forman cuando la nieve acumulada en un tejado inclinado se derrite y fluye por el tejado, bajo la capa aislante de nieve, hasta que alcanza el aire a temperatura bajo cero, normalmente en los aleros . Cuando el agua de deshielo llega al aire helado, el hielo se acumula, formando una presa, y la nieve que se derrite más tarde no puede drenar adecuadamente a través de la presa. [87] Las presas de hielo pueden provocar daños en los materiales de construcción o daños o lesiones cuando la presa de hielo se cae o por los intentos de eliminar las presas de hielo. El derretimiento es el resultado del calor que pasa a través del tejado bajo la capa de nieve altamente aislante. [88] [89]
En las zonas con árboles, las líneas de distribución de servicios públicos en postes son menos susceptibles a las cargas de nieve que a los daños causados por la caída de árboles sobre ellas, derribados por la nieve pesada y húmeda. [90] En otros lugares, la nieve puede acumularse en las líneas eléctricas en forma de "mangas" de escarcha. Los ingenieros diseñan teniendo en cuenta estas cargas, que se miden en kg/m (lb/ft) y las compañías eléctricas tienen sistemas de pronóstico que anticipan los tipos de clima que pueden causar tales acumulaciones. La escarcha puede eliminarse manualmente o creando un cortocircuito suficiente en el segmento afectado de las líneas eléctricas para derretir las acumulaciones. [91] [92]
La nieve forma parte de muchos deportes de invierno y formas de recreación, incluidos el esquí y el trineo . Algunos ejemplos comunes son el esquí de fondo , el esquí alpino , el snowboard , las raquetas de nieve y las motos de nieve . El diseño del equipo utilizado, por ejemplo, los esquís y las tablas de snowboard, generalmente depende de la resistencia de la nieve y compite con el coeficiente de fricción al apoyarse en la nieve.
El esquí es, con diferencia, la principal forma de ocio invernal. En 1994, de los aproximadamente 65-75 millones de esquiadores que hay en todo el mundo, aproximadamente 55 millones practicaban esquí alpino y el resto esquí de fondo . Aproximadamente 30 millones de esquiadores (de todo tipo) se encontraban en Europa, 15 millones en Estados Unidos y 14 millones en Japón. En 1996, se calcula que había 4.500 zonas de esquí, que operaban 26.000 telesillas y disfrutaban de 390 millones de visitas de esquiadores al año. La región predominante para el esquí alpino era Europa, seguida de Japón y Estados Unidos. [93]
Cada vez más, las estaciones de esquí dependen de la fabricación de nieve , la producción de nieve mediante la introducción de agua y aire a presión a través de un cañón de nieve en las pistas de esquí. [94] La fabricación de nieve se utiliza principalmente para complementar la nieve natural en las estaciones de esquí . [95] Esto les permite mejorar la fiabilidad de su capa de nieve y ampliar sus temporadas de esquí desde finales de otoño hasta principios de primavera. La producción de nieve requiere temperaturas bajas. La temperatura umbral para la fabricación de nieve aumenta a medida que disminuye la humedad. La temperatura de bulbo húmedo se utiliza como métrica, ya que tiene en cuenta la temperatura del aire y la humedad relativa. La fabricación de nieve es un proceso relativamente caro en su consumo de energía, lo que limita su uso. [96]
La cera para esquís mejora la capacidad de un esquí (u otro elemento deslizante) para deslizarse sobre la nieve al reducir su coeficiente de fricción, que depende tanto de las propiedades de la nieve como del esquí para dar como resultado una cantidad óptima de lubricación a partir del derretimiento de la nieve por fricción con el esquí: si es muy poca, el esquí interactúa con los cristales de nieve sólidos; si es demasiada, la atracción capilar del agua derretida retrasa el esquí. Antes de que un esquí pueda deslizarse, debe superar el valor máximo de fricción estática. La fricción cinética (o dinámica) se produce cuando el esquí se mueve sobre la nieve. [97]
La nieve afecta la guerra que se lleva a cabo en invierno, en entornos alpinos o en latitudes altas. Los principales factores son la visibilidad reducida para adquirir objetivos durante la caída de nieve, la visibilidad mejorada de los objetivos contra fondos nevados para apuntar y la movilidad tanto de las tropas mecanizadas como de infantería . La nevada también puede inhibir gravemente la logística de abastecimiento de tropas . La nieve también puede proporcionar cobertura y fortificación contra el fuego de armas pequeñas. [98] Las campañas de guerra invernal conocidas en las que la nieve y otros factores afectaron las operaciones incluyen:
Las plantas y los animales endémicos de las zonas nevadas desarrollan formas de adaptación. Entre los mecanismos adaptativos de las plantas se encuentran la química adaptativa al congelamiento, [105] la latencia, la muerte regresiva estacional y la supervivencia de las semillas; y, en el caso de los animales, la hibernación, el aislamiento, la química anticongelante, el almacenamiento de alimentos, el uso de reservas del interior del cuerpo y la agrupación para obtener calor mutuo. [106]
La nieve interactúa con la vegetación de dos formas principales: la vegetación puede influir en la deposición y retención de nieve y, a la inversa, la presencia de nieve puede afectar la distribución y el crecimiento de la vegetación. Las ramas de los árboles, especialmente de las coníferas, interceptan la nieve que cae y evitan su acumulación en el suelo. La nieve suspendida en los árboles se desgasta más rápidamente que la que está en el suelo, debido a su mayor exposición al sol y al movimiento del aire. Los árboles y otras plantas también pueden promover la retención de nieve en el suelo, que de otro modo sería arrastrada a otro lugar o derretida por el sol. La nieve afecta a la vegetación de varias maneras: la presencia de agua almacenada puede promover el crecimiento, pero el inicio anual del crecimiento depende de la salida de la capa de nieve para las plantas que están enterradas debajo de ella. Además, las avalanchas y la erosión causada por el deshielo pueden erosionar el terreno de la vegetación. [1]
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La nieve sustenta una amplia variedad de animales tanto en la superficie como debajo de ella. Muchos invertebrados prosperan en la nieve, incluidas las arañas , las avispas , los escarabajos , las moscas escorpión de la nieve y los colémbolos . Estos artrópodos suelen ser activos a temperaturas de hasta -5 °C (23 °F). Los invertebrados se dividen en dos grupos, en cuanto a la supervivencia a temperaturas bajo cero: resistentes a la congelación y los que evitan la congelación porque son sensibles a la congelación. El primer grupo puede ser resistente al frío debido a la capacidad de producir agentes anticongelantes en sus fluidos corporales que les permiten sobrevivir a una larga exposición a condiciones bajo cero. Algunos organismos ayunan durante el invierno, lo que expulsa contenidos sensibles a la congelación de sus tractos digestivos. La capacidad de sobrevivir a la ausencia de oxígeno en el hielo es un mecanismo de supervivencia adicional. [106]
Los vertebrados pequeños son activos bajo la nieve. Entre los vertebrados, las salamandras alpinas son activas en la nieve a temperaturas tan bajas como -8 °C (18 °F); excavan en la superficie en primavera y ponen sus huevos en charcas de deshielo. Entre los mamíferos, los que permanecen activos suelen ser más pequeños que 250 gramos (8,8 oz). Los omnívoros tienen más probabilidades de entrar en letargo o ser hibernadores , mientras que los herbívoros tienen más probabilidades de mantener escondites de comida debajo de la nieve. Los ratones de campo almacenan hasta 3 kilogramos (6,6 lb) de comida y las pikas hasta 20 kilogramos (44 lb). Los ratones de campo también se acurrucan en nidos comunales para beneficiarse del calor de los demás. En la superficie, los lobos , coyotes , zorros , linces y comadrejas dependen de estos habitantes del subsuelo para alimentarse y, a menudo, se sumergen en la capa de nieve para encontrarlos. [106]
La "nieve" extraterrestre incluye la precipitación de origen acuático, pero también la precipitación de otros compuestos que predominan en otros planetas y lunas del Sistema Solar . Algunos ejemplos son:
Léxico
Eventos de nieve notables
Recreación
Conceptos relacionados
Ciencia y científicos
Estructuras de nieve
Pero allí estaban los dos cristales, uno al lado del otro, en un portaobjetos de vidrio expuesto en una nube durante un vuelo de investigación sobre Wausau, Wisconsin.
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{{cite web}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )El antihielo en carreteras es la práctica de control de la nieve y el hielo que consiste en prevenir la formación o el desarrollo de nieve y hielo adheridos mediante aplicaciones oportunas de un depresor químico del punto de congelación.
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )El equipo antihielo se enciende antes de entrar en condiciones de formación de hielo y está diseñado para evitar la formación de hielo. El equipo antihielo está diseñado para eliminar el hielo después de que comienza a acumularse en la estructura del avión.
Tanto la nieve como el hielo provocan cortes de energía principalmente al hacer que las ramas de los árboles y los cables eléctricos se rompan.
...la temperatura del sistema de baja presión suele estar por debajo del punto de condensación del dióxido de carbono, por lo que el gas se condensa y cae del cielo en forma de nieve y se acumula en el suelo en forma de escarcha.
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