ΑΝΑΛΥΤΙΚΟ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ: ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΥΔΡΟΛΟΓΙΑ
(Σε αντιστοιχία με το 2ο κεφάλαιο πρόσφετές σημειώσεις)

1. ΧΙΟΝΙ - ΣΥΣΣΩΡΕΥΣΗ - ΤΗΞΗ
1. ΧΙΟΝΙ - ΣΥΣΣΩΡΕΥΣΗ - ΤΗΞΗ

 

  • Σημασία του χιονιού στην υδρολογία.
      • Η προσωρινή αποθήκευση νερού αυξάνει την
        υστέρηση μεταξύ κατακρήμνισης και απορροής.
      • Το χιόνι μειώνει τον ρυθμό απορροής.

      • Το χιόνι διευκολύνει την επαναφόρτιση των
        υπόγειων υδροφορέων.

      • Επιδρά σημαντικά στο μικροκλίμα
Χαρακτηριστικές ιδιότητες του χιονιού.              

  • Πορώδες:

  • Περιοκτικότητα σε νερό

  • Πυκνότητα χιονιού [ML-3]

  • Ισοδύναμο ύψος νερού [L]

    • Μεγέθη: V=όγκος, Μ=μάζα, Α=έκταση, ρ=πυκνότητα
    • Δείκτες: s=χιόνι, i=πάγος, w=νερό, a=αέρας, m=τήξη
Πυκνότητα φρέσκου χιονιού.
  • Παράγοντες που επιδρούν την πυκνότητα του χιονιού.
    • Ανταλλαγή θερμότητας ανάμεσα στο χιόνι και τον αέρα.
    • Ανταλλαγή θερμότητας ανάμεσα στο χιόνι και το έδαφος.
    • Θερμοκρασία.
    • Ταχύτητα ανέμου.
    • Πάχος χιονιού.
    • Διήθηση του λιωμένου χιονιού.
    • Βαθμός υπερκορεσμού του γενεσιουργού νέφους.
  • Όρια διακύμανσης: 0.01<ρs<0.7 gcm-3
  • Μέση τιμή εκτίμησης .1 gcm-3

SNOWPACK DENSITIES
 
 

Condition of snow

Density (g/cm3)
 
Wild snow
0.01 to 0.03
Ordinary snow, immediately after falling in still air
0.05 to 0.065
Settling snow
0.07 to 0.19
Settled snow 0.2 to 0.3
Very slightly wind-toughened, immediately after falling 0.06 to 0.08
Average wind-toughened snow 0.28
Hard wind slab 0.35
New firn snow (partly consolidated into ice) 0.4 to 0.55
Advanced firn snow 0.55 to 0.65
Thawing firn snow 0.6 to 0.7


Διεργασίες μεταμορφισμού χιονιού (1).
  • Καθίζηση λόγω βαρύτητας.
    • Παράγοντες: βάρος χιονιού, θερμοκρασία, πυκνότητα.
    • Αύξηση πυκνότητας 2-50 kgm-3ημ-1
  • Αποικοδομητικός μεταφορφισμός.
    • Δημιουργία πιο σφαιρικών κόκκων.
    • Αύξηση πυκνότητας μέχρι και 1% ανά ώρα ως τα 250 kgm -3
Διεργασίες μεταμορφισμού χιονιού (2).
  • Εποικοδομητικός μεταμορφισμός.
    • Σε μικροκλίμακα: απόθεση μορίων νερού μεταξύ κόκκων και δημιουργία “λαιμού”.

    • Σε μεγαλύτερη κλίμακα: κλίση θερμοκρασίας, εξάχνωση σε θερμότερες περιοχές, συμπύκνωση σε ψυχρότερες.
      • Ψυχρός αέρας πάνω από λεπτή χιονοκάλυψη: έντονη πτώση θερμοκρασίας, έντονη εξάχνωση στη βάση του, δημιουργία πάχνης βάθους (depth hoar) με επίπεδους κρυστάλλους και μικρή αντοχή.

Διεργασίες μεταμορφισμού χιονιού (3).

Μεταμορφισμός τήξης.

  • Πάγωμα νερού (από τήξη ή βροχόπτωση) σε ψυχρό χιόνι.
    • Δημιουργία στερεού σε μεγάλες εκτάσεις.
    • Απελευθέρωση θερμότητας, θέρμανση του χιονιού και επιτάχυνση της μεταφοράς υδρατμών.
  • Σχηματισμός μεγαλύτερων και στρογγυλεμένων κόκκων (διαμέτρου 1-2 mm).
    • Στρωμάτωση στην αρχή της περιόδου τήξης.
    • Ομογενοποίηση κατά την τήξη (maxρs=350 kgm-3).
Μετρικές ιδιότητες του χιονιού με υδρολογικό ενδιαφέρον.
  • Ύψος κατακρήμνισης (precipitation depth) [L].
  • Ύψος χιονόπτωσης (snowfall depth) [L].
  • Ύψος χιονοκάλυψης (snow cover depth) [L].
  • Ύψος τήξης χιονιού (snowmelt depth) [L].
  • Ύψος απωλειών (ablation) [L].
  • Ύψος εκροής νερού (water output) [L].
  • Ισοδύναμο ύψος νερού χιονόπτωσης (snowfall water equivalent) [L].
  • Ισοδύναμο ύψος νερού χιονοκάλυψης (snowcover water equivalent) [L].
ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΙΔΡΟΥΝ ΣΤΗΝ ΤΗΞΗ ΧΙΟΝΙΟΥ
  • Μεταφορά θερμότητας από τον αέρα στην επιφάνεια του χιονιού.
  • Μεταφορά θερμότητας από το έδαφος στο χιόνι.
  • Λανθάνουσα θερμότητα.
  • Ηλιακή ακτινοβολία.
  • Βροχόπτωση.
ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΤΗΞΗΣ ΧΙΟΝΙΟΥ
  • ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΙΣΟΖΥΓΙΟ


    Ηm ισοδύναμη θερμότητα της τήξης.
    Ηr ενεργός ακτινοβολία.
    Ηa η θερμότητα που μεταφέρεται από τον αέρα.
    Ηe η λανθάνουσα θερμότητα.
    Ηg η θερμότητα που μεταφέρεται από το έδαφος.
    Ηq η θερμότητα εξαιτίας της βροχής.
HEAT SOURCES
  • Condensation of water vapor (cm/6h)

  • Convection (cm/6h)

  • Radiation (12 ώρες)

  • Rainfall (cm/h)

    M = τήξη χιονιού σε cm νερού
    α = 0.005 εμπειρική σταθερά
    v = ταχύτητα ανέμου σε 1.25 μ πάνω από το χιόνι
    c = συντελεστής τραχύτητας
    C = συντελεστής ποιότητας χιονιού
    Τα = θερμοκρασία αέρα
    Τw =θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου
    P = κατακρήμνιση σε cm
Μέτρηση χιονόπτωσης
  • Χιονοτράπεζα.
  • Μαξιλάρια χιονιού (ισοδύναμο ύψος νερού).
  • Παγκόσμιος βροχογράφος (ισοδύναμο ύψος νερού).
  • Μετεωρολογικά ραντάρ (επιφανειακό).
Μέτρηση μεγεθών χιονοκάλυψης
  • Κινητός πήχης.
  • Μόνιμη σταδία.
  • Αεροφωτογραφίες.
  • Φωτογραφίες εδάφους.
  • Δορυφορικές εικόνες.
  • Διαδρομές χιονομέτρησης.
  • Μαξιλάρια χιονιού.
  • Μέτρηση ακτινοβολίας.

DEGRRE-DAY METHOD

               

  • Ανοικτές περιοχές

  • Δασικές περιοχές

  • Q = ημερήσια απορροή λόγω τήξης χιονιού (cm)
    Ta = μέση ημερήσια θερμοκρασία
    Tb = θερμοκρασία αναφοράς
    α = συντελεστής
REGRESSION EQUATIONS

U.S. ARMY

Q = ημερήσια απορροή λόγω τήξης χιονιού (cm)
G = συνολική ακτινοβολία
Tm = μέγιστη ημερήσια θερμοκρασία

PYSKLYWEC, 1966

Q = ημερήσια απορροή λόγω τήξης χιονιού (in/day)
n = ηλιοφάνεια
Η = ακτινοβολία μακρών κυμάτων
T = ημερήσια θερμοκρασία (F)
u = ταχύτητα ανέμου (mph)
r = βροχόπτωση (in/day)



Κλιματολογία χιονιού
  • Παράγοντες χωρικής μεταβλητότητας μεγεθών χιονοκάλυψης σε τοπική κλίμακα
    • Ταχύτητα ανέμου.
    • Παγίδευση από τη χλωρίδα.
    • Αύξηση ύψους χιονοκάλυψης σε μικρά ξέφωτα (μήκους < 20 hf όπου hf είναι το ύψος των γύρω δένδρων.
    • Το αντίθετο για ξέφωτα μήκους > 20 hf.
Διεργασίες τήξης χιονιού
  • Περίοδος συσσώρευσης
    • Αρνητική καθαρή εισροή ενέργειας.
    • Πτωτική τάση θερμοκρασίας χιονοκάλυψης.
    • Αυξητική τάση ισοδύναμου ύψους νερού.
  • Περίοδος τήξης
    • Φάση θέρμανσης (αύξηση θερμοκρασίας χιονοκάλυψης μέχρι 0οC).
    • Φάση ωρίμανσης (κατακράτηση νερού τήξης).
    • Φάση εκροής νερού.
Φάση θέρμανσης χιονοκάλυψης ή Φάση 1 (warming phase)
  • Θερμοχωρητικότητα
  • Qcc =- cihρwhm (Ts-Tm) [EL-2]
    • όπου ci είναι η ειδική θερμοχωρητικότητα του πάγου,
    • ρw η πυκνότητα του νερού,
    • hm το ισοδύναμο ύψος νερού,
    • Τs η μέση θερμοκρασία της χιονοκάλυψης, και
    • Τm =0oC
Φάση ωρίμανσης χιονοκάλυψης και εκροής νερού ή Φάσεις 2 και 3