Отражающая способность снежного покрова

В настоящее время созданы математические модели, которые позволяют вычислять распределение водности снежного покрова по высоте горного бассейна и её изменение во времени. Наиболее простые варианты этих моделей используют при вычислении водности снега данные только о температуре воздуха и осадках. Вместе с тем возникает практическая необходимость в определении водности снежного покрова в зависимости от ориентации и крутизны горных склонов. Здесь должен сказываться радиационный эффект, т.е. нужен учет количества поступающей и отраженной радиации.

Однако в настоящее время не имеется практических способов расчета величин отраженной радиации, что затрудняет переход к более точным моделям расчета распределения водности снежного покрова в горных бассейнах.

Характеристикой, выражающей долю отраженной радиации, является коэффициент отражения (альбедо) снежного покрова.

Отражающая способность снега, прежде всего, определяется физическими свойствами его верхнего слоя (5-10 см). Отражение от поверхности снега складывается из зеркального, диффузного и отражения радиации из толщи снега. Говоря об альбедо снега, будем подразумевать суммарное альбедо, так как в настоящее время большинство измерений альбедо снега дают возможность судить лишь о суммарном его значении. Установлено, что величины альбедо снежного покрова в основном зависят от величины поверхности снежинок, содержащихся в единице объема. С уменьшением этой поверхности значения альбедо падают. Наибольшую поверхность раздела имеет сухой, свежевыпавший снег. После снегопадов значения альбедо колеблются от 0,85 до 0,95. Со временем под действием внешних факторов, в основном температуры воздуха и солнечной радиации, состояние снега меняется. Происходит перекристаллизация, обламывание, обтаивание и смерзание кристаллов снега, его уплотнение. Все это уменьшает поверхность раздела и ведет, следовательно, к уменьшению альбедо снежного покрова. В начальный момент времени эти изменения оказываются более значительными, чем в последующий.

В период таяния величина альбедо закономерно уменьшается при уменьшении высоты снежного покрова. К концу снеготаяния значения альбедо снега приближаются к значениям альбедо льда. Плавное уменьшение альбедо нарушается снегопадами, во время которых значения альбедо резко возрастают.

Такой скачкообразный характер изменения альбедо снега во времени сильно затрудняет создание достаточно простых и сравнительно надежных способов его расчета.

В работе сделана попытка построить модель расчета альбедо А снежного покрова по данным о температуре воздуха и суммарной солнечной радиации.

Расчет основан на следующих положениях:

1. 
   в период снегопадов альбедо скачкообразно возрастает до величин альбедо свежевыпавшего снега А₀. Величина альбедо свежевыпавшего снега принимается постоянной;
   
2. 
   в дни без снегопадов, когда поток тепла направлен из толщи снега или равен нулю, альбедо принимается равным альбедо снега предыдущего дня;
   
3. 
   в остальные дни изменение альбедо принимается пропорциональным теплопотоку в снег, который в свою очередь зависит от температуры воздуха, суммарной солнечной радиации и альбедо. Кроме того, предполагается, что значения альбедо снега ограничены снизу величинами альбедо льда.
   

где,

П=1,8 Θ + 0,088 (1-А) S,

здесь Θ – средняя суточная температура воздуха; S – суточная сумма суммарной солнечной радиации.

Значения параметров α и b могут быть определены по методу наименьших квадратов из условия минимума функции

где T₁ – период, в течении которого отсутствовали снегопады.

Величину можно принять равной среднему значению альбедо свежевыпавшего снега.

Ход среднесуточного альбедо в течении времени залегания снега может быть рассчитан по конечно-разностному уравнению

Предлагаемая модель дает возможность для пунктов, где отсутствуют актинометрические наблюдения.

Во-первых, рассчитать приближенное значение суммарной радиации.

Во-вторых, приближенно рассчитать отражающую способность снега среднюю за сутки.

1. 
   Денисов Ю.М. Схема расчета гидрографа стока горных рек -Гидрометеоиздат, Л., 1965.