La nieve está formada por cristales de hielo individuales que crecen suspendidos en la atmósfera (generalmente dentro de las nubes) y luego caen, acumulándose en el suelo, donde sufren más cambios. [2] Consiste en agua cristalina congelada durante todo su ciclo de vida, comenzando cuando, en condiciones adecuadas, los cristales de hielo se forman en la atmósfera, aumentan hasta un tamaño milimétrico, precipitan y se acumulan en las superficies, luego se metamorfosean en el lugar y finalmente se derriten, se deslizan. o sublimar .
Las tormentas de nieve se organizan y desarrollan alimentándose de fuentes de humedad atmosférica y aire frío. Los copos de nieve se nuclean alrededor de partículas en la atmósfera atrayendo gotas de agua sobreenfriada , que se congelan en cristales de forma hexagonal. Los copos de nieve adoptan una variedad de formas, entre las cuales las básicas son plaquetas, agujas, columnas y escarcha . A medida que la nieve se acumula en una capa de nieve , puede convertirse en ventisqueros. Con el tiempo, la nieve acumulada se metamorfosea, mediante sinterización , sublimación y congelación-descongelación . Donde el clima es lo suficientemente frío como para permitir la acumulación año tras año, se puede formar un glaciar . De lo contrario, la nieve normalmente se derrite estacionalmente, provocando escorrentías hacia arroyos y ríos y recargando las aguas subterráneas .
Las principales zonas propensas a la nieve incluyen 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 actividades humanas como el transporte : genera la necesidad de mantener despejadas las carreteras, las alas y las ventanas; agricultura : suministro de agua a los cultivos y salvaguardia del ganado; deportes como el esquí , el snowboard y los viajes en máquinas de nieve ; y guerra . La nieve también afecta a los ecosistemas al proporcionar una capa aislante durante el invierno bajo la cual las plantas y los animales pueden sobrevivir al frío. [1]
La nieve se desarrolla en nubes que a su vez 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 caen se pueden clasificar en varias formas básicas y combinaciones de las mismas. Ocasionalmente, se pueden formar algunos copos de nieve en forma de placas, dendríticos y con forma estelar bajo un cielo despejado con una inversión de temperatura muy fría presente. [4]
Las nubes de nieve suelen aparecer en el contexto de sistemas meteorológicos más grandes, el más importante de los cuales es el área de baja presión, que normalmente incorpora frentes cálidos y fríos como parte de su circulación. Dos fuentes adicionales de nieve localmente productivas son las tormentas con efecto lago (también efecto mar) y los efectos de elevación, especialmente en las montañas.
Los ciclones de latitudes medias son áreas de baja presión que son capaces de 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] Para 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 de ataque de una masa de aire más fría, puede producir tormentas 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 apagón en los lugares por donde pasa la línea cuando el viento provoca intensas nevadas. [7] Este tipo de tormenta 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 ráfagas frontales pueden formarse a corta distancia por delante del frente frío en la superficie o detrás del frente frío, donde puede haber un sistema de baja presión cada vez más profundo o una serie de líneas de depresión que actúan de manera similar a un paso frontal frío tradicional. En situaciones en las que las turbonadas se desarrollan posfrontalmente, no es inusual que dos o tres bandas lineales de turbonadas pasen en rápida sucesión separadas sólo por 25 millas (40 kilómetros), y cada una de ellas pase por el mismo punto con aproximadamente 30 minutos de diferencia. En los casos en los que hay una gran cantidad de crecimiento vertical y mezcla, la turbonada puede desarrollar nubes cumulonimbus incrustadas que dan como resultado relámpagos y truenos, lo que se denomina tormenta de nieve .
Un frente cálido puede producir nieve durante un período a medida que el aire cálido y húmedo anula el aire bajo cero y crea precipitaciones en el límite. A menudo, la nieve se convierte en lluvia en el sector cálido detrás del frente. [7]
La nieve con efecto de lago se produce durante condiciones atmosféricas más frías cuando una masa de aire frío se mueve a través de largas extensiones de agua más cálida del lago , calentando la capa inferior de aire que recoge el 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 nieve efecto océano o efecto bahía . El efecto aumenta cuando la masa de aire en movimiento se eleva por la influencia orográfica de elevaciones más altas en las costas a favor del viento. Este levantamiento 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 resulta en una gran cantidad de nieve total. [10]
Las zonas afectadas por la nieve efecto lago se denominan cinturones de nieve . Estas incluyen áreas al este de los Grandes Lagos , las costas occidentales del norte de Japón, la península de Kamchatka en Rusia y áreas cercanas al Gran Lago Salado , el Mar Negro , el Mar Caspio , el Mar Báltico y partes del Océano Atlántico norte. [11]
Las nevadas orográficas o de relieve se crean cuando un flujo de viento a gran escala empuja el aire húmedo hacia el lado de barlovento de las cadenas montañosas . El levantamiento de aire húmedo por la ladera de una cadena montañosa produce un enfriamiento adiabático y, en última instancia, condensación y precipitación. Mediante este proceso se elimina gradualmente la humedad del aire, dejando aire más seco y cálido en el lado descendente o de sotavento . [12] El aumento de las nevadas resultantes, [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 olas de montaña ayudan a aumentar las cantidades de precipitación a favor del viento de las cadenas montañosas al mejorar la elevación necesaria para la condensación y la precipitación. [dieciséis]
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Un copo de nieve consta de aproximadamente 10 19 moléculas de agua que se agregan a su núcleo a diferentes velocidades y en diferentes patrones dependiendo de 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 se diferencian entre sí aunque siguen patrones similares. [17] [18] [19]
Los cristales de nieve se forman cuando se congelan pequeñas gotas de nubes sobreenfriadas (de aproximadamente 10 μm de diámetro) . Estas gotas pueden permanecer líquidas a temperaturas inferiores a -18 °C (0 °F), porque para congelarse, algunas moléculas de la gota deben unirse por casualidad para formar una disposición similar a la de una red de hielo. La gota se congela alrededor de este "núcleo". En las nubes más cálidas, una partícula de aerosol o "núcleo de hielo" debe estar presente en (o en contacto con) la gota para que actúe como núcleo. Los núcleos de hielo son muy raros en comparación con los núcleos de condensación de nubes sobre los que se forman gotas de líquido. 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 un ambiente sobresaturado, uno donde el aire está saturado con respecto al hielo cuando la temperatura está por debajo del punto de congelación. Luego, la gota 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 alcanzar 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 chocar y pegarse en racimos o agregados. Estos agregados son copos de nieve , y suelen ser 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 aparecen 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 muy similares. [26]
Ukichiro Nakaya desarrolló un diagrama de morfología de los cristales, 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 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 más a ser de encaje, delicados y ornamentados. También se forman muchos patrones de crecimiento más complejos, que incluyen planos laterales, rosetas de bala y tipos planos, 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 en forma de placa, los cristales en placa o dendríticos brotan al final. de la columna, produciendo las llamadas "columnas rematadas". [22]
Magono y Lee idearon una clasificación de cristales de nieve recién formados que incluye 80 formas distintas. Documentaron cada uno con micrografías. [30]
La nieve se acumula a partir de una serie de eventos de nieve, marcados por congelamientos y deshielos, sobre áreas que son lo suficientemente frías como para retener nieve estacional o perennemente. Las principales zonas propensas a la nieve incluyen el Ártico y la Antártida , el hemisferio norte y las regiones alpinas. El equivalente líquido de las nevadas se puede evaluar utilizando un nivímetro [31] o con un pluviómetro estándar , ajustado para el invierno retirando 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 aumentar el pluviómetro. [34]
Ráfaga de nieve , chubasco de nieve , tormenta de nieve y ventisca describen eventos de nieve de duración e intensidad progresivamente mayores. [35] Una tormenta de nieve es una condición climática que involucra nieve y tiene diferentes definiciones en diferentes partes del mundo. En Estados Unidos , una tormenta de nieve 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. menos de 0,4 kilómetros (0,25 millas). [36] En Canadá y el Reino Unido , los criterios son similares. [37] [38] Si bien a menudo se producen fuertes nevadas durante condiciones de ventisca, la caída de nieve no es un requisito, ya que el viento 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 la acumulación. [40] La intensidad de las nevadas está determinada por la visibilidad , de la siguiente manera: [41]
Las tormentas de nieve pueden depositar nieve en bandas que se extienden desde cuerpos de agua como un evento meteorológico de un lago o como resultado del paso de un frente de nivel superior. [42] [43] [44]
La Clasificación Internacional de Nieve Estacional sobre el Terreno 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 se coloca la tabla al ras de la superficie de nieve para proporcionar una medición precisa al final del siguiente intervalo. [4] El derretimiento, la compactación, el viento y la deriva contribuyen a la dificultad de medir las nevadas. [45]
Los glaciares con sus mantos de nieve permanentes cubren alrededor del 10% de la superficie terrestre, 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 a una estimación de 1987. [46] Una estimación de 2007 de la capa de nieve sobre el hemisferio norte sugirió que, en promedio, la capa 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 de ese hemisferio. [47] [48] Un estudio de la extensión de la capa de nieve en el hemisferio norte para 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 (más de 100.000 habitantes) con las mayores nevadas anuales son Aomori (792 cm), Sapporo (485 cm) y Toyama (363 cm) en Japón , seguidas de St. John's (332 cm) y Quebec (315 cm). en Canadá y Syracuse, Nueva York (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 derretimiento o su paso al hielo glacial". [4] Comenzando como una deposición de polvo, la nieve se vuelve más granular cuando comienza a compactarse bajo 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 importante al depositar cristales de hielo, conocidos como escarcha , en condiciones de frío y quietud. [54] Durante esta transición, la nieve "es un material sinterizado altamente poroso formado por una estructura de hielo continua y un espacio poroso conectado continuamente, formando juntos la microestructura de la nieve". Casi siempre cerca de su temperatura de fusión, una capa de nieve está transformando continuamente estas propiedades en las que las tres fases del agua pueden coexistir, incluida 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) de una caída de nieve o de una capa de nieve estacional, o por la transición de firn (nieve de varios años) a hielo glaciar . [4]
Con el 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, causados por temperaturas superiores al punto de congelación o por radiación solar directa. En climas más fríos, la nieve cubre el suelo durante todo el invierno. A finales de la primavera, la densidad de la nieve suele alcanzar un máximo del 50% de agua. [55] La nieve que persiste hasta el verano evoluciona hacia névé , nieve granular, que se ha derretido parcialmente, vuelto a congelar y compactada. Névé tiene una densidad mínima de 500 kilogramos por metro cúbico (31 lb/pie cúbico), que es aproximadamente la mitad de la densidad del agua líquida. [56]
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 en polvo y es muy resistente al paleado. Su densidad generalmente oscila entre 550 kilogramos por metro cúbico (34 lb/pie cúbico) y 830 kilogramos por metro cúbico (52 lb/pie cúbico), y a menudo se puede encontrar debajo de la nieve que se acumula en la cabecera de un glaciar . La altitud mínima que se acumula sobre un glaciar se denomina límite de nieve , línea de nieve o línea de nieve . [1] [57]
Hay cuatro mecanismos principales para el movimiento de la nieve depositada: el arrastre de nieve no sinterizada, las avalanchas de nieve acumulada en pendientes pronunciadas, el deshielo 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] formando depósitos con una profundidad de varios metros en lugares aislados. [59] Después de adherirse a las laderas, la nieve arrastrada puede convertirse en una losa de nieve, lo que representa un peligro de avalancha en pendientes pronunciadas. [60]
Una avalancha (también llamada deslizamiento de nieve o deslizamiento de nieve) es un flujo rápido de nieve por una superficie inclinada. Los aludes suelen desencadenarse en una zona de inicio por un fallo mecánico del manto de nieve (alud de placa), cuando las fuerzas sobre la nieve superan su fuerza, pero a veces sólo con un ensanchamiento gradual (alud 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 nacen en regiones montañosas o de latitudes altas reciben una parte importante de su caudal del deshielo. Esto a menudo hace que el flujo del río sea altamente estacional, lo que resulta en inundaciones periódicas [61] durante los meses de primavera y, al menos en regiones montañosas secas como las montañas del oeste de los EE. UU. o la mayor parte de Irán y Afganistán , un flujo muy bajo durante el resto del año. Por el contrario, si gran parte del derretimiento proviene de áreas glaciadas o casi glaciadas, el derretimiento continúa durante la estación cálida, con flujos máximos que se producen entre mediados y finales del verano. [62]
Los glaciares se forman donde 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), un accidente geológico típicamente en forma de sillón, que recoge la nieve y donde el manto de nieve se compacta bajo el peso de sucesivas capas de nieve que se acumulan, formando névé. Una mayor trituración 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 desbordarlo por una debilidad geológica o una vía de escape, como la brecha entre dos montañas. Cuando la masa de nieve y hielo es lo suficientemente espesa, 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 (50 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 subterránea . 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 por 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 la capa de nieve agregada. Una subespecialidad son las avalanchas , que preocupan tanto a los ingenieros como a los deportistas al aire libre.
La ciencia de la nieve aborda cómo se forma la nieve, su distribución y los procesos que afectan cómo cambian las capas de nieve con el tiempo. Los científicos mejoran el pronóstico de tormentas, estudian la capa de nieve global y su efecto sobre el clima, los glaciares y el suministro de agua en todo el mundo. El estudio incluye las propiedades físicas del material a medida que cambia, las propiedades generales de los mantos de nieve en el lugar y las propiedades agregadas de las regiones con capa de nieve. Al hacerlo, emplean técnicas de medición física sobre el terreno para establecer la verdad sobre el terreno y técnicas de detección remota para desarrollar la comprensión de los procesos relacionados con la nieve en grandes áreas. [63]
En el campo, los científicos de la nieve a menudo excavan un pozo de nieve dentro del cual realizar mediciones y observaciones básicas. Las observaciones pueden describir características causadas por el viento, la filtración de agua o la descarga de nieve de los árboles. La filtración de agua en una capa de nieve puede crear dedos de flujo y estanques o fluir a lo largo de barreras capilares, que pueden volver a congelarse en formaciones de hielo sólido horizontales y verticales dentro de la capa de nieve. Entre las medidas 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 capa de nieve. Cada uno tiene una designación con código y descripción detallada. La clasificación amplía las clasificaciones anteriores de Nakaya y sus sucesores a tipos de precipitación relacionados y se citan en la siguiente tabla: [4]
Todos se forman en las nubes, excepto la escarcha, que se forma en objetos expuestos a humedad sobreenfriada.
También tiene una clasificación de nieve depositada más extensa que las correspondientes a la nieve suspendida en el aire. Las categorías incluyen tipos de nieve tanto naturales como artificiales, descripciones de los cristales de nieve a medida que se metamorfosean y se derriten, el desarrollo de escarcha en la capa de nieve y la formación de hielo en la misma. 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. Así, en cada momento hay que definir el tipo y estado de la nieve que forma la capa porque de ellos dependen sus propiedades físicas y mecánicas. Las propiedades físicas incluyen microestructura, tamaño y forma del grano, densidad de la nieve, contenido de agua líquida y temperatura. [4]
Cuando se trata de medir la capa de nieve en el suelo, normalmente se miden tres variables: la extensión de la capa de nieve (SCE), el área de tierra cubierta por nieve, la duración de la capa de nieve (SD), cuánto tiempo está cubierta de nieve un área en particular, y la acumulación de nieve, a menudo expresada como equivalente de agua de nieve (SWE), que expresa cuánta agua tendría la nieve si se derritiera toda: esta última es una medida del volumen del manto de nieve. [64] Para medir estas variables se utilizan una variedad de técnicas: observaciones de superficie, teledetección , modelos de superficie terrestre y productos de reanálisis . Estas técnicas suelen combinarse para formar los conjuntos de datos más completos. [64]
La teledetección de mantos de nieve con satélites y otras plataformas suele incluir una recopilación de imágenes multiespectrales. [65] La interpretación multifacética de los datos obtenidos permite hacer inferencias sobre lo que se observa. La ciencia detrás de estas observaciones remotas ha sido verificada con estudios reales de las condiciones reales. [1] [66]
Las observaciones satelitales registran una disminución en 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 capa de nieve entre 1978 y 2006. Estos cambios se atribuyen al cambio climático global, que puede conducir a un derretimiento más temprano y una menor área de cobertura. En algunas zonas, la capa de nieve aumenta debido a las temperaturas más altas en latitudes al norte de 40°. Para el hemisferio norte en su conjunto, la extensión media mensual de la capa de nieve ha ido disminuyendo 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 diferencia de nieve normalizado, que es una relación de parámetros de radiación que pueden distinguir entre nubes y nieve. Otros investigadores han desarrollado árboles de decisión, empleando los datos disponibles para realizar evaluaciones más precisas. Un desafío para esta evaluación es cuando la capa de nieve es irregular, por ejemplo durante períodos de acumulación o ablación y también en áreas boscosas. La cobertura 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 capa de nieve. Los sensores de microondas pasivos 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 reflectantes, la detección pasiva de microondas amplía enormemente las inferencias posibles sobre la capa de nieve. [67]
Las mediciones satelitales muestran que la capa de nieve ha ido 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 (MCG) incorporan la nieve como 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 ralentizan el ritmo de derretimiento estacional del hielo marino. En 2011, se pensaba que la fase de derretimiento de los modelos de nieve GCM funcionaba mal en regiones con factores complejos que regulan el derretimiento de la nieve, como la cubierta vegetal y el terreno. Estos modelos normalmente obtienen el equivalente en 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 SWE como "la profundidad del agua que resultaría si la masa de nieve se derritiera por completo". [4]
Dada la importancia del deshielo para la agricultura, los modelos de escorrentía hidrológica que incluyen la nieve en sus predicciones abordan las fases de acumulación de nieve, procesos de derretimiento y distribución del agua de deshielo a través de las redes de arroyos y hacia el agua subterránea. La clave para describir los procesos de fusión es el flujo de calor solar, la temperatura ambiente, el viento y la precipitación. Los modelos iniciales de deshielo utilizaron un enfoque de grados día que enfatizaba la diferencia de temperatura entre el aire y la capa de nieve para calcular el equivalente en agua de nieve, SWE. Los modelos más recientes utilizan un enfoque de balance de energía que tiene en cuenta los siguientes factores para calcular Qm , la energía disponible para fundir. Esto requiere la medición de una serie de factores ambientales y de capa de nieve para calcular seis mecanismos de flujo de calor que contribuyen a Q m . [1]
La nieve afecta habitualmente a la civilización en cuatro áreas principales: el transporte, la agricultura, las estructuras y los deportes. La mayoría de los modos de transporte se ven obstaculizados por la nieve en la superficie de viaje. La agricultura suele depender de la nieve como fuente de humedad estacional. Las estructuras pueden fallar bajo cargas de nieve. El ser humano encuentra una gran variedad de actividades recreativas en los paisajes nevados. También afecta la conducción de la guerra.
La nieve afecta los derechos de vía de carreteras, aeródromos y ferrocarriles. El quitanieves es común para todos los trabajadores, aunque las carreteras utilizan productos químicos anticongelantes para evitar la acumulación de hielo y los aeródromos pueden no hacerlo; Los ferrocarriles dependen de abrasivos para la tracción de las vías.
A finales del siglo XX, se estima que se gastaban anualmente en América del Norte 2 mil millones de dólares en mantenimiento de carreteras durante el invierno, debido a la nieve y otros fenómenos meteorológicos invernales, según un informe de 1994 de Kuemmel. El estudio examinó las prácticas de las jurisdicciones dentro de 44 estados de EE. UU. y nueve provincias canadienses. Evaluó las políticas, prácticas y equipos utilizados para el mantenimiento invernal. Encontró que prácticas y avances similares prevalecen en Europa. [68]
El efecto dominante de la nieve sobre 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 una nevada es un programa anticongelante eficaz que emplee tanto productos químicos como arado . [68] El Manual de prácticas de la Administración Federal de Carreteras para un programa antihielo eficaz enfatiza los procedimientos "antihielo" que evitan la adherencia de nieve y 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 las diferentes funciones de los materiales y aplicaciones de deshielo, 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 contra el viento de las carreteras, controlan la acumulación de nieve al hacer que la nieve arrastrada por el viento se acumule en el lugar deseado. También se utilizan en ferrocarriles. Además, los agricultores y ganaderos utilizan vallas de nieve para crear acumulaciones de agua en las cuencas para disponer de un suministro rápido de agua en la primavera. [70] [71]
Para mantener los aeropuertos abiertos durante las tormentas invernales, las pistas y calles de rodaje requieren 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 generalmente están prohibidos en los aeropuertos debido a su fuerte efecto corrosivo en los aviones de aluminio. En consecuencia, los cepillos mecánicos se suelen utilizar para complementar la acción de los quitanieves. Dada la anchura de las pistas en los aeródromos en los que operan aviones grandes, para limpiar la nieve en las pistas y calles de rodaje se utilizan vehículos con grandes palas quitanieves, una serie de vehículos quitanieves o quitanieves giratorios . Las plataformas terminales pueden requerir la limpieza de 6 hectáreas (15 acres) o más. [72]
Los aviones debidamente equipados pueden volar a través de tormentas de nieve siguiendo 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, que pueden comprometer la seguridad de la aeronave y sus ocupantes. [73] En vuelo, los aviones dependen de una variedad de mecanismos para evitar la escarcha y otros tipos de hielo en las nubes, [74] estos incluyen botas neumáticas pulsantes , áreas electrotérmicas que generan calor y descongeladores fluidos que sangran en la superficie. [75]
Los ferrocarriles han empleado tradicionalmente dos tipos de quitanieves para limpiar las vías, el quitanieves de cuña , que arroja nieve hacia ambos lados, y el quitanieves giratorio , que es adecuado para hacer frente a fuertes nevadas y arrojar nieve hacia un lado u otro. Antes de la invención del quitanieves rotativo ca. En 1865, se necesitaban varias locomotoras para conducir un arado de cuña a través de la nieve profunda. Después de limpiar la vía con dichos quitanieves, se utiliza un "flanger" para quitar la nieve entre los rieles que están por debajo del alcance de los otros tipos de quitanieves. Cuando la formación de hielo puede afectar el contacto acero con acero de las ruedas de las locomotoras en la vía, se han utilizado abrasivos (normalmente arena) para proporcionar tracción en cuestas más pronunciadas. [76]
Los ferrocarriles emplean cobertizos para nieve —estructuras que cubren la vía— para evitar la acumulación de nieve intensa o avalanchas para cubrir las vías en zonas montañosas nevadas, como los Alpes y las Montañas Rocosas . [77]
La nieve se puede compactar para formar un camino 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 de soporte y la superficie de una pista, como en el caso del aeródromo Phoenix en la Antártida. La pista compactada con nieve está diseñada para soportar aproximadamente 60 vuelos sobre ruedas de aviones militares de carga pesada al año. [79]
Las nevadas pueden ser beneficiosas para la agricultura al servir como aislante térmico , conservar el calor de la Tierra y proteger los cultivos del clima bajo cero. Algunas zonas 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 a 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 caudal 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 procedente de los glaciares tibetanos en rápido retroceso, [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 una consideración importante para las cargas sobre estructuras. Para abordarlos, los países europeos emplean el Eurocódigo 1: Acciones sobre estructuras - Parte 1-3: Acciones generales - Cargas de nieve . [85] En América del Norte, las cargas mínimas de diseño de la ASCE para edificios y otras estructuras brindan orientación sobre las cargas de nieve. [86] Ambas normas emplean métodos que traducen las cargas máximas esperadas de nieve en el suelo en cargas de diseño para techos.
Las cargas de nieve y la formación de hielo son dos problemas principales para los tejados. 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 estructura genera calor que derrite la nieve que se encuentra sobre él.
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 los techos: [86]
Proporciona tablas para las cargas de nieve en el suelo por región y una metodología para calcular las cargas de nieve en el suelo que pueden variar con la elevación a partir de los valores medidos cercanos. El Eurocódigo 1 utiliza metodologías similares, comenzando con las cargas de nieve en el suelo que se tabulan para partes de Europa. [85]
Glaseados : los techos también deben diseñarse para evitar acumulaciones de hielo , que resultan del agua de deshielo que corre bajo la nieve del techo 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 hacia abajo por el tejado, bajo el manto aislante de nieve, hasta que alcanza una temperatura de aire por debajo del punto de congelación, 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 se debe al calor que atraviesa el tejado bajo la capa de nieve altamente aislante. [88] [89]
En áreas 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 nieve intensa y húmeda. [90] En otros lugares, la nieve puede acumularse en las líneas eléctricas en forma de "mangas" de escarcha. Los ingenieros diseñan para tales 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. El hielo de escarcha se puede eliminar manualmente o creando un cortocircuito suficiente en el segmento afectado de las líneas eléctricas para derretir las acumulaciones. [91] [92]
La nieve figura en muchos deportes de invierno y formas de recreación, incluidos el esquí y el trineo . Los ejemplos comunes incluyen esquí de fondo , esquí alpino , snowboard , paseos con raquetas de nieve y motos de nieve . El diseño del equipo utilizado, por ejemplo, esquís y tablas de snowboard, normalmente se basa en la resistencia de la nieve y compite con el coeficiente de fricción sobre la nieve.
El esquí es, con diferencia, la forma más importante de recreación invernal. En 1994, de los 65 a 75 millones de esquiadores estimados en todo el mundo, aproximadamente 55 millones se dedicaban al esquí alpino y el resto al esquí de fondo . Aproximadamente 30 millones de esquiadores (de todo tipo) estaban en Europa, 15 millones en Estados Unidos y 14 millones en Japón. Según se informa, en 1996 había 4.500 zonas de esquí, operaban 26.000 remontes y disfrutaban de 390 millones de visitas de esquiadores al año. La región preponderante para el esquí alpino fue 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 forzando agua y aire presurizado a través de una pistola 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 confiabilidad de su capa de nieve y extender sus temporadas de esquí desde finales de otoño hasta principios de primavera. La producción de nieve requiere bajas temperaturas. 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 energético, lo que limita su uso. [96]
La cera para esquí mejora la capacidad de un esquí (u otro corredor) 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 al derretir la nieve por fricción. con el esquí: muy poco y el esquí interactúa con cristales de nieve sólidos, demasiado y la atracción capilar del agua derretida retarda 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 a las guerras llevadas a cabo en invierno, en entornos alpinos o en latitudes altas. Los principales factores son la visibilidad reducida para la adquisición de 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 . Las nevadas también pueden inhibir gravemente la logística del suministro de tropas . La nieve también puede proporcionar cobertura y fortificación contra el fuego de armas pequeñas. [98] Las campañas de guerra invernal destacadas en las que la nieve y otros factores afectaron las operaciones incluyen:
Las plantas y animales endémicos de las zonas nevadas desarrollan formas de adaptarse. Entre los mecanismos adaptativos de las plantas se encuentran la química adaptativa a la congelación, [105] la latencia, la muerte regresiva estacional, la supervivencia de las semillas; y para los animales son la hibernación, el aislamiento, la química anticongelante, el almacenamiento de alimentos, el aprovechamiento de las reservas internas del cuerpo y la agrupación para obtener calor mutuo. [106]
La nieve interactúa con la vegetación de dos maneras 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 las de 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 del suelo, debido a su mayor exposición al sol y al movimiento del aire. Los árboles y otras plantas también pueden favorecer la retención de nieve en el suelo, que de otro modo sería arrastrada por el viento o derretida por el sol. La nieve afecta a la vegetación de varias maneras; la presencia de agua almacenada puede promover el crecimiento; sin embargo, el inicio anual del crecimiento depende de la salida de la capa de nieve de las plantas que están enterradas debajo de ella. Además, las avalanchas y la erosión causada por el deshielo pueden devastar el terreno y dejarlo sin vegetación. [1]
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La nieve sustenta una amplia variedad de animales tanto en la superficie como debajo. Muchos invertebrados prosperan en la nieve, incluidas arañas , avispas , escarabajos , moscas escorpión de las nieves y colémbolos . Estos artrópodos suelen estar activos a temperaturas de hasta -5 °C (23 °F). Los invertebrados se dividen en dos grupos en cuanto a sobrevivir a temperaturas bajo cero: los resistentes a las heladas y los que evitan la congelación porque son sensibles a las heladas. El primer grupo puede ser resistente al frío debido a la capacidad de producir agentes anticongelantes en sus fluidos corporales que les permite sobrevivir a una exposición prolongada a condiciones bajo cero. Algunos organismos ayunan durante el invierno, lo que expulsa de sus tractos digestivos los contenidos sensibles a las heladas. La capacidad de sobrevivir a la ausencia de oxígeno en el hielo es un mecanismo de supervivencia adicional. [106]
Los pequeños vertebrados están activos bajo la nieve. Entre los vertebrados, las salamandras alpinas están activas en la nieve a temperaturas tan bajas como -8 °C (18 °F); Excavan a la superficie en primavera y ponen sus huevos en estanques de deshielo. Entre los mamíferos, los que permanecen activos suelen pesar menos de 250 gramos (8,8 oz). Los omnívoros tienen más probabilidades de entrar en letargo o hibernar , mientras que los herbívoros tienen más probabilidades de mantener escondites de alimentos debajo de la nieve. Los topillos almacenan hasta 3 kilogramos (6,6 libras) de comida y las pikas hasta 20 kilogramos (44 libras). Los ratones de campo también se acurrucan en nidos comunitarios 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 a base de agua, pero también la precipitación de otros compuestos frecuentes en otros planetas y lunas del Sistema Solar . 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: multiple names: authors list (link)El anticongelamiento en carreteras es la práctica de control de nieve y hielo que consiste en prevenir la formación o desarrollo de nieve y hielo adheridos mediante aplicaciones oportunas de un depresor químico del punto de congelación.
{{cite journal}}: Citar diario requiere |journal=( ayuda )El equipo antihielo se enciende antes de entrar en condiciones de formación de hielo y está diseñado para evitar que se forme hielo.
El equipo de deshielo 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 sobrecargar las ramas de los árboles y las líneas eléctricas, lo que hace que 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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