Сколько снега нам нужно? Теплоизоляционные свойства снега и почему спать в снегу холодно Характер трения снега
Температура снежного покрова
По материалам экспедиции в ГАС ГАО 3 - 10 марта 2007 г
Егор Цимеринов. Meteoweb
На большей части наше страны, устойчивый снежный покров формируется ежегодно.
В московском регионе продолжительность его существования составляет около 120 дней.
На протяжении этого времени снежный покров, определяет: перенос солнечного излучения в атмосферу, трансформацию воздушных масс.
Кроме того, снежный покров является важным банком, запасающим влагу и определенным образом влияющий на весеннюю вегетацию растений.
В рамках экспедиции сайт в Горную Астрономическую Станцию (ГАС), были проведены измерения температуры снежного покрова на глубине 1,5 см. Одновременно измерялась температура и влажность воздуха.
Участок – сугроб, состоял из многомесячного слежавшегося снега, расположенного с северной стороны гостиницы.
Суточный ход температуры снежного покрова
На основании данных о температуре снега собранных в ходе экспедиции в ГАС, можно сделать, пусть и не в полнее точные, но достаточные качественные выводы о суточном ходе температура снега на глубине 1,5 см и его особенностях. Выводы эти сводятся к следующему:
Минимальная температура отмечается перед восходом Солнца - 7:00.
Максимальных значений температура достигает во второй половине дня около 15:00.
Температура снега всегда ниже нулевой отметки.
Совместный анализ хода температуры снега и воздуха
Сопоставление суточного хода температуры воздуха и температуры снега позволяют сделать следующие, качественные заключения:
Минимальное значение температуры воздуха опережает по времени минимальное значение температуры снега примерно на 1 -2 часа, и отмечается около 4 -5 часов утра.
Максимального значения температура воздуха достигает около 13 часов дня, т.е на 2 часа раньше максимума температуры снега.
Суточный ход температуры снега более ровный по отношению к температуре воздуха. Средняя суточная амплитуда температуры воздуха в рассматриваемый период составляет 2 градуса. Для снега этот показатель равен 0,9 градуса.
Особые явления
За время экспедиции в ГАС, было не менее 5 случаев с туманом из них не менее 2 с видимостью менее 10 метров.
Удалось проследить динамику температуры снега во время таких сильных туманов.
Наиболее наглядно явление разогрева снега отраженно в наблюдениях проведенных 4 марта 2007 год.
Во второй половине дня, нижняя граница слоистых облаков (St). Достигла высоты, окружающих ГАС вершин, образуя на них туман.
К 15:00 на ГАС опустился туман, видимость упала до 10 метров. При слабом северо-западном ветре, в условиях отрицательной температуры воздуха и 100%, отмечено выпадение измороси.
Температура снега в этих условиях, в течение часа прибавила 0,5 градуса, в то время, как температура воздуха понизилась на 3 градуса.
Заключение
Представленные в настоящей работе данные, прежде всего, носят качественный характер, вследствие малого периода наблюдений. Совершенно ясно, что необходимо более длительное и подробное наблюдение за температурой снега на нескольких уровнях.
Снег формируется при низких температурах и влажности в виде крошечных кристаллов льда в атмосфере.
Когда эти крошечные кристаллы сталкиваются, то они соединяются друг с другом в облаках и превращаются в снежинки. Если друг с другом соединилось достаточное количество кристаллов, они становятся тяжелыми и падают на землю.
При какой температуре образуется снег?
Осадки выпадают в виде снега, когда температура воздуха ниже 2 °C. Существует миф, что для образования снега температура должна быть ниже ноля. На самом деле самые тяжелые снежинки выпадают уже при температуре между 0 и 2°C. Выпавший снег начинает таять, когда температура поднимается выше 0 °C, но как только происходит процесс таяния, температура воздуха в области нахождения снежных осадков начинает понижаться.
Если температура выше 2 °C, то снежинки начинают таять и выпадают, скорее всего, в виде мокрого снега, нежели в виде обычного снега. А если температура так и не понизится, то вместо снега пойдет дождь.
Мокрый снег против сухого снега
Размеры и формы снежинок зависят от количества кристаллов, сгруппированных вместе, а это в свою очередь определяется температурой воздуха. Снежинки, проходящие при падении через сухой холодный воздух, будут представлять собой мелкие рассыпчатые снежные осадки, которые не прилипают друг к другу. Такой сухой снег идеально подходит для зимних видов спорта, но при ветреной погоде он вероятнее всего будет скользить.
Когда температура немного выше 0 °C, снежинки начинают таять по краям, таким образом прилипая друг к другу и превращаясь в крупные тяжелые снежные хлопья. Так образуется мокрый снег, который с легкостью прилипает и из которого можно слепить снеговика.
Снежинки
Снежинки представляют собой несколько кристаллов льда, которые могут иметь различные формы и виды, включая призмы, шестиугольные пластинки и звезды. Каждая снежинка уникальна, но так как они соединяются друг с другом в шестиугольную структуру, у них всегда имеется шесть сторон.
При низких температурах формируются маленькие снежинки с простой структурой. При более высоких температурах каждая снежинка может быть образована из огромного количества кристаллов (снежинки в виде звезд), и они могут иметь диаметр в несколько сантиметров.
Снег – это атмосферные осадки, состоящие из мелких кристаллов льда. Существует устойчивое мнение, что снег является хорошим теплоизолятором и поэтому может обладать едва ли не волшебными свойствами на маршруте. Особенно хороши такие теоретические изыскания дома в тепле.
Давайте рассмотрим более внимательно аспекты использования снега на маршруте.
Снег выпадает на поверхность земли в форме снежинок примерно 5 мм в диаметре и массой 0,004 гр. При этом снежинки на 95 процентов состоят из воздуха и как раз именно это обеспечивает показатель теплоизоляции в 0,1-0,15 вт\м*гр, при плотности 100-200 кг\м3. Показатель теплоизоляции сравним с хорошими строительными утеплителями. Судя по этому, можно просто выйти на улицу, упасть в сугроб и спокойно спать – будет тепло. Тем не менее, если бы всё было так, то бомжей на улицах нашей страны было бы больше, чем в любом другом государстве мира.
Выйдем на улицу и пройдёмся по снегу. Он хрустит. За счёт чего? За счёт того, что кристаллики льда ломаются и снег уплотняется. Как частный случай, при температуре от минус двух и теплее снег не скрипит, так как кристаллы льда не ломаются, а тают. Конечного результата это не меняет – снег становится более плотным и его показатели теплоизоляции падают. Кроме этого, снег не имеет свойства лежать на поверхности именно в том состоянии, в котором упал. Он постоянно меняется, с течением времени, изменения температуры, влияния ветров, из-за переноса и дрейфа по склонам. В горах снег постепенно может превратиться в фирн, а затем в лёд. Существует большое количество состояний снега, но наилучшими теплоизоляционными свойствами обладает только свежевыпавший. Увы, обладает он этими свойствами только до тех пор, пока его не сжать. В целом, в процессе изменения свойств снега его плотность может значительно увеличиться, а теплоизоляция ухудшиться почти на порядок.
Почему тогда рекомендуются снежные норы при аварийных зимних ночёвках? Можно ли переночевать в сугробе в одежде, просто закопавшись в снег? Почему северные народы строят хижины из снега? Если, казалось бы, всё так плохо с теплоизоляцией у снега?
По поводу ночлега в сугробе всё просто – зависит от одежды. В принципе, каждый из трёх вышеозначенных вопросов завязан на второй закон термодинамики, как и почти всё, связанное с теплом. Человек, полностью зарывшийся в снег, составляет со снегом систему, которая должна уравновеситься в отношении температуры. Так как температура человека выше, чем у снега, то тепло должно интенсивно уходить от него в толщу снега. Одежда как раз должна эти потери предотвращать. Хорошим моментом является уже само то, что температура снега выше, чем воздуха и выше, чем грунта. Это уменьшает потери тепла.
Плохим моментом мы получаем то, что снег может таять и, во-первых, превращаясь в лёд, значительно терять в теплоизоляции, а во-вторых, проникая в мокром виде в нашу одежду, может снижать её теплоизоляцию. Отсюда вывод – одежда должна быть такой толщины и обладать такими свойствами, чтобы тепло, выделяемое человеком, почти полностью сохранялось в пакете одежды, при этом температура поверхностного слоя этого пакета должна всегда быть равной температуре снега, в который мы улеглись. Вот два условия, при которых ночёвка в слое снега будет безопасной. Многие животные за счёт этого и переживают зиму – шкура позволяет и жир под ней. Естественно, для всего этого нужно быть здоровым и сытым, потому что потери тепла в принципе неизбежны, и оно должно генерироваться организмом. Также соответствующим пакетом одежды должно обеспечиваться всё тело полностью, включая все лапы. Другими словами, если в хорошем тельнике, бушлате на меху, толстых ватных штанах, валенках на тёплые носки, меховых рукавицах и шапке на меху залезть в снег, то можно там вполне удобно устроиться.
О строительстве снежных нор и особенностях ночёвок в них я уже . Зачастую для норы приходиться искать специальное место, например, надув, где её можно вырыть. Или же самому нагребать кучу снега и ждать некоторое время, пока она смёрзнется. В отличие от просто ночёвки в сугробе, задачей норы может ставиться как раз изоляция поверхности одежды от снега. То есть, одежда слишком неподходящая, для того, чтобы просто завалиться в снег. Кроме того, в горах при непогоде другого варианта может не быть. Да, теплоизоляция снега в таких случаях невысока, но она есть в принципе. В норе нет потерь от конвекции - если нора правильно сделана, конечно. Это особенно важно, когда снаружи ветер.
Если мы роем снежную нору и у нас недостаточно плотный пакет одежды, чтобы предотвратить потери тепла через тепловое излучение, то немаловажным в успехе дальнейшего бытия будет играть коврик или импровизированная подстилка. Если её не будет, то замерзание в таком случае станет неизбежным. Если она есть, то воздух между вашим телом и стенами норы, благодаря тепловому излучению от вашего тела, немного прогреется. Чем теплее и безветреннее будет снаружи, чем толще стены у вашей норы, тем выше будет температура внутри. Ненамного, конечно, но выше. Бывает, перепада температур достаточно для выживания. Что такое перепад температуры в десять градусов? Это много для аварийной ночёвки, но при минус сорока градусах снаружи это может уже не помочь. Плюс к этому, одежда может отсыреть и если к следующей ночи она не высохнет, выжить станет сложнее.
Отсюда вывод – при неизбежной ночёвке в толще снега, чем хуже одежда, тем более чаша выбора между убежищами должна склоняться в сторону норы, при прочих равных условиях, конечно.
Теперь о снежных хижинах эскимосов – иглу. Почему свои дома они строят из снега? Ответ очевиден и прост донельзя – а больше строить не из чего. Больше там ничего нет. Это, во-первых. Во-вторых, хижины отапливаются жировками – горелками на жире. Тут всё просто – можно построить самый технологичный и тёплый дом на свете, потом прийти в него среди суровой зимы и обнаружить, что там холодно. Логично – тёплый дом, спальный мешок, одежда и прочее, они должны удерживать уже существующее тепло, а сами по себе они греть не могут, так как для этого нужен источник энергии. Также и иглу эскимосов – они теплы, пока в них топят. Также, как туристическая палатка с печкой – на улице может быть минус тридцать, а внутри плюс тридцать. Разница только в том, что палатка теплоизоляции вообще никакой не имеет и стоит только прекратить топить печку, как температура в течение короткого промежутка времени сравняется с уличной. У иглу теплоизоляция какая-никакая, а присутствует. По сравнению с палаткой, она просто отличная. Грамотная конструкция, плюс в долговременных посёлках шкурами укрываются и стены жилища, существенно повышая степень удерживания тепла.
В походах с палаткой снег может являться защитой от ветра. Палатку вкапывают, юбку засыпают снегом, строят ветрозащитные стены из блоков. В долговременных лагерях выше уровня леса и при наличии толстого снежного покрова, кухни и отхожие места часто делаются в виде пещер, а переходы между палатками и пещерами выполняются траншеями.
Вывод: снег хороший теплоизолятор в том случае, если ничего другого нет, и при том условии, если с умом подходить к его использованию. Но его свойства не спасут человека, который уже замёрз, устал, голоден или просто его снаряжение и одежда не позволяют достичь цели выживания при помощи только лишь укрытий из снега.
Правильный выбор лыжной мази во многом определяет качество скольжения и держания. Успех в лыжной гонке неотделим от выбора наиболее удачного варианта смазки. В этой статье смазчики Swix дают рекомендации по выбору лыжной мази.
Температура
Температуры, указанные на упаковках мазей Swix, - это температуры воздуха. Первая отправная точка при выборе мази - замер температуры воздуха в тени. Это необходимо сделать в нескольких точках вдоль трассы, особо учитывая то, какая точка является наиболее критической, вроде равнинного участка. Полезно знать также температуру поверхности снега. Но помните, что, достигнув точки замерзания (О°С), температура снега дальше расти не будет, как бы ни поднималась далее температура воздуха. В этом случае лучше использовать температуру воздуха и обратить большее внимание на определение содержания воды в снеге.
Влажность
Влажность важна, но скорее как локальная тенденция климата, а не как необходимость каждый раз точно измерять её процентную величину. Важно знать только, проходят ли соревнования в зоне сухого климата, со средней влажностью до 50%; нормального климата с влажностью 50-80% или влажного климата от 80% до 100%. Помимо этого, конечно, надо отметить ситуацию, когда выпадают осадки.
Зернистость снега
Для выбора мази важен также вид кристалла снега и получающейся снежной поверхности. Падающий или очень свежий только что выпавший снег - наиболее критическая ситуация для смазки. Острые кристаллы требуют мази, которая не допускает проникновения кристаллов снега, а при более высоких температурах она должна обладать ещё и водоотталкивающими свойствами. Именно в этой специальной, критической для смазки ситуации наилучшей является Сеrа F.
При положительных температурах воздуха температура снега остаётся равной 0°С.
Количество воды, окружающей ледяные кристаллы, возрастает до тех пор, пока снег не становится насыщенным водой. В этом случае требуются сильно водоотталкивающие мази и накатка крупных желобков на скользящую поверхность.
Мелкозернистый снег, острые кристаллы требуют накатки узких, более мелких желобков.
Более старый, лежалый снег при средних зимних температурах требует накатки средних желобков.
Вода и большие, круглые снежные кристаллы требуют накатки крупных желобков.
Другие факторы
Снег меняется от свежего нового снега до льда. Это означает, что свойства снега также меняются между крайними точками. Чтобы удовлетворить и крайним условиям, и всем промежуточным, необходимо достаточное число мазей и соответствующее им профилирование (структура) скользящей поверхности.
Атмосфера и состояние снега непрерывно изменяются. Снег под влиянием атмосферных явлений может нагреваться или охлаждаться.
Скорость изменений зависит от температуры воздуха и влажности. Так, переувлажнение воздуха вызывает конденсацию на поверхности снега, в результате чего выделяется скрытая теплота, и возникает необходимость использовать более тёплые мази, чем следовало бы исходя только из температуры. С другой стороны, при сухой погоде происходит сублимация снега - процесс, отнимающий тепло от слоя снега. Это требует применения более твёрдых мазей, чем диктуется температурой воздуха.
Ветер легко может изменить картину поверхности снега. По переметённом ветром снегу лыжи, как правило, скользят плохо. Это происходит потому, что частицы снега дробятся на более мелкие, которые трутся друг о друга, в результате снег становится более плотным. Большая плотность поверхности увеличивает площадь контакта между лыжей и снегом, что ведёт к более высокому трению.
Альбедо, или отражательная способность, является важным фактором, хотя нередко упускается из виду. Альбедо поверхности снега определяет количество энергии солнечного излучения, поглощаемого поверхностью снега. Отражательная способность зависит от размеров и плотности снежного зерна, угла возвышения солнца, высоты местности над уровнем моря и степени загрязнённости поверхности снега. Сухой, чистый снег при низко стоящем солнце может иметь альбедо около 95%; это означает, что практически всё падающее излучение отражается. Очень грязный, пористый, сырой снег может иметь альбедо в промежутке от 30% до 40%; в этом случае примерно 2/3 падающего излучения поглощается снегом.
Падающее излучение является коротковолновым (видимый свет). Земля, в достаточно хорошем приближении являющаяся нагретым чёрным телом, испускает длинноволновое тепловое излучение (в основном дальняя инфракрасная область). В ясную погоду за счёт этого излучения почва может заметно охлаждаться. В облачную погоду теплоюе излучение отражается облаками, что ведёт к потеплению.
Всё это означает, что, в дополнение к температуре и влажности, вам надо учесть ещё, охлаждается или нагревается поверхность снега в результате процессов, связанных с излучением, так как ход этих процессов может не зависеть от температуры.
В общем, необходимо чувствовать, что происходит, в терминах средней температуры воздуха, температуры снега, влажности и содержания воды в снеге.. Также определите тенденции изменения погоды в течение дня, например, как быстро теплеет с раннего утра до времени гонки около полудня. При тренировках обратите внимание на то, нет ли тенденции к резкому подъёму температуры в часы соревнований. Эта информация о тенденциях погоды должна быть принята во внимание при выборе мази.
Характер трения снега
Обычно при смазке гоночных лыж трение снега делится по характеру на три разновидности:
Мокрое трение снега
Температуры положительные. Снег, насыщенный свободной юдой между кристаллами. Трение определяется как смазывающим свойством водяных капель, так и сопротивлением в результате подсасывания на толстых водяных плёнках. Мокрому трению соответствуют мази:
CeraF-FC200/FC200S
HF10
LF10
СН11 и СН10
Промежуточное трение
Температуры примерно от 0°С до -12°С. Трение с долей скольжения, зависящей от температуры. Элемент мокрого трения определяется водными плёнками различной толщины (зависящей от температуры), окружающими ледяные кристаллы.
Промежуточному трению в тёплом конце температурного интервала соответствуют следующие мази:
CeraF-FC200/FC200S
HF8 и LF8
HFGSnLFGS СН8
Промежуточному трению в холодном конце температурного интервала соответствуют следующие мази:
Cera F - FC100/FC100S
НF6 и LF6
НF7 и HF7
LFG6
СН6, СН7
Сухое трение
Температуры примерно от -12°С и ниже. С понижением температуры толщина смазывающих водных плёнок падает до тех пор, пока их влияние на трение снега не становится совсем незаметным. Трение в этом случае начинает определяться деформацией кристаллов снега, их срезанием, вращением и т.п. Мази для условий сухого трения:
Cera F-FC100/FC100S
HF4 и LF4
LFG4
СН4
При температурах от -18°С и ниже эти мази лучше работают сами по себе, а не в смеси с более тёплыми мазями для промежуточных условий трения.
