термические свойства снега

ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СНЕГА

Свойства снега, определяющие процесс распространения тепла в снежном покрове и теплообмен с окружающей средой. Тепло передается теплопроводностью снега, мерой ее служит коэф. теплопроводности, т. е. количество тепла, которое протекает через единицу перпендикулярной ей поверхности за единицу времени при градиенте температуры 1°С. При расчетах теплопроводности учитывается также температуропроводность снега, мерой которой служит коэф. температуропроводности, характеризующий способность снега изменять свою температуру в данной точке при воздействии изменившейся температуры в соседней точке. Передача тепла по ледяному скелету от более нагретых к менее нагретым частям осуществляется молекулярной теплопроводностью. В газовой и жидкой составляющих снежного покрова возможна турбулентная теплопроводность. При передаче тепла в снеге большое значение имеют процессы фазовых переходов. Снежный покров передает тепло также излучением и воспринимает тепло солнечной радиации, об этом способе передачи тепла см. радиационные свойства снега. Основные Т. с. с., от которых зависит конечный эффект передачи тепла, — это коэф. теплопроводности и температуропроводности, теплоемкость, теплота плавления, испарения, конденсации, возгонки и сублимации.

Т. с. с. не всегда являются лишь простой суммой свойств составляющих его льда, воздуха, водяного па- ’ ра и воды. На поверхности раздела этих сред имеют место явления, ведущие к снижению теплопроводности. М. Де-Кервен определил, что в сухом снеге плотностью 340 кг/м³, имеющем размер зерен 1,2—1,8 мм, 75 % тепла передается через ледяной скелет, 3 % через воздух путем молекулярной и турбулентной теплопроводности и 22 % попеременно через лед и воздух. Коэф. теплопроводности λ и температуропроводности а зависят от плотности снега р, возрастая при ее увеличении, причем коэф. теплопроводности растет по экспоненте. Для расчета этих коэф. предложен ряд формул:

λ = 0,0068р², а = ОДЗЗр

(Г. Ф. Абельс);

λ = 0,00005 + 0,0019р + 0,006р⁴

(Янсон);

λ = 0,0085р², а = 0,0165р

(А. С. Кондратьева); λ — 0,00122р (Г. К. Сулаквелидзе).

Коэф. теплопроводности снежного покрова плотностью 250—300 кг/м³ на порядок меньше, чем у льда, и втрое меньше, чем у воды, но на порядок больше, .чем у воздуха. У снега, имеющего плотность 100 кг/м³, коэф. теплопроводности меньше, чем у льда, на два порядка, и в этом случае он соизмерим с коэф. теплопроводности воздуха. Низкая теплопроводность делает снег хорошим средством защиты почвы от охлаждения. В сухом свежевыпавшем снеге суточные колебания температуры затухают на глубине 30— 40 см, в более старом снеге при плотности 300 кг/м³ — на глубине 50 см. В фирне плотностью 400 кг/м³ годовые колебания проникают до глубины 10—11 м. В тающем снежном покрове колебания температуры проникают только до слоя пропитывания снега водой, где все тепло расходуется на таяние. Температура тающего слоя остается неизменной — он является запирающим слоем, что приводит, напр., к размерзанию почвы только после схода снега. Такой запирающий слой существенно влияет на тепловой режим ледников.

Теплоемкость снега, т. е. количество тепла, необходимое для повышения его температуры на I °С, определяется по объемной теплоемкости ледяных кристаллов вследствие малой теплоемкости заключенного в снеге воздуха и паров воды. Теплоемкость снега зависит от температуры. Для снега разной плотности она составляет:

Плотность снега, кг/м⁸ . . . , 100 200 300 400 500 600

Теплоемкость, Дж/(см* · °С) . . 0,21 0,42 0,63 0,84 1,05 1,26

_{К. С. Лосев}