В знойные летние дни говорят: «Дело не в жаре, дело в влажности». Это верно и зимой, и может стать ключом к будущему снежного покрова и водных ресурсов на американском Западе.
В новом исследовании, опубликованном сегодня в Proceedings of the National Academy of Sciences, профессор Университета Юты Пол Брукс и профессор Университета Невады Рино Адриан Харпольд показывают, что изменения влажности могут определять влияние снежного покрова на ручьи и озера. и грунтовые воды меняются по мере потепления климата. Удивительно, но пасмурные, серые и влажные зимние дни могут фактически привести к более быстрому прогреву снежного покрова, что увеличивает вероятность таяния в зимние месяцы, когда снежный покров должен расти, сообщают авторы. Напротив, при ясном небе и низкой влажности снег может стать холоднее воздуха, сохраняя снежный покров до весны.
Изменение климата, говорят они, может повысить зимнюю влажность в одних регионах и понизить в других.
"Это означает, что тенденции и модели влажности будут очень важны для будущего снега", - говорит Харпольд.
Куда делся снег?
Брукс говорит, что исследователи знали, что изменение климата может оказать серьезное влияние на водные ресурсы, полученные в результате таяния снега. «Но до сих пор было неясно, - говорит он, - почему одни районы кажутся более чувствительными к изменениям, а другие кажутся устойчивыми».
Исследователи оценили различные механизмы, которые могут объяснить сокращение снежного покрова в условиях потепления: более раннее начало таяния снега, изменение скорости таяния и переход от снега к дождю при определенных условиях. Но даже эти объяснения не применялись в широком смысле к окружающей среде по всему Западу, что привело Харпольда и Брукса к рассмотрению более основных принципов таяния снега.
Идите с тепловым потоком
Ученым известно, что существуют различные формы энергии, включая явное тепло (которое мы измеряем как температуру), лучистую энергию (подобно тому, что мы чувствуем от солнца) и скрытое тепло. Скрытое тепло скрыто - оно высвобождается и поглощается при изменении фазы воды, например, между льдом и жидкой водой. Вы испытываете силу скрытого тепла потным летним днем. Когда пот на вашей коже испаряется, он поглощает тепло при переходе от жидкой воды к водяному пару, охлаждая вас в процессе.
Как это относится к таянию снега? Ярко-белый снег возникает из-за того, что снежные кристаллы отражают падающее солнечное излучение. Это сводит к минимуму потребление энергии снегом, а также приводит к солнечным ожогам, столь частым при катании на лыжах в солнечные зимние дни. Молекулярная структура снежных кристаллов также излучает энергию обратно в небо в ясные ночи, что служит для охлаждения снежного покрова. Кроме того, снег в сухие дни может «сублимироваться» или превращаться из твердого состояния в пар. Этот процесс, как и испарение, поглощает тепло и дополнительно охлаждает снег.
"Это одна из причин, по которой катание на лыжах в Юте, Колорадо, Нью-Мексико или Восточной Сьерре может быть таким увлекательным!" - говорит Брукс. «Снег остается холодным, сухим и рыхлым, а солнце согревает нас, пока мы катаемся на лыжах или сидим на террасе и любуемся видами, особенно если мы одеты в темные цвета».
Облачные, влажные дни обращают вспять охлаждение как из-за излучения, так и из-за сублимации - облачный покров препятствует излучению снегом энергии, а конденсация водяного пара на снегу высвобождает скрытое тепло, согревая снег. Вот почему пара влажных дней с температурой около нуля приводит к большим явлениям таяния и даже к небольшим наводнениям. Крайний случай этого может случиться в туманные дни, говорит Брукс. «Мы часто говорим: «туман ест снег».
Снег на Западе
Брукс и Харпольд изучили данные о снежном покрове из более чем 400 мест на западе, от влажного тихоокеанского северо-запада до засушливого юго-запада пустыни. Они обнаружили, что в этом диапазоне сред как сухая, так и влажная среда реагировала на потепление климата эпизодами потери снежного покрова. Тем не менее, во влажных районах в основном наблюдалось таяние снега, тогда как в засушливых районах преобладала сублимация - прямая потеря снега в атмосферу. По словам Харпольда, эти эффекты, вероятно, станут более интенсивными с усилением потепления. «Мы обнаружили, что относительная влажность в целом увеличивалась на северо-западе Тихого океана и уменьшалась в юго-западной части пустыни за последние 30 лет, усиливая закономерности зимнего таяния на северо-западе Тихого океана и сублимации на юго-западе».
«Чего мы не знаем, - говорит Брукс, - так это того, как изменится влажность в промежуточных районах, включая Скалистые горы и Большой бассейн».
До сих пор будущие тенденции зимней влажности не были в центре внимания прогнозов, говорит Харпольд. «Наша работа показывает, что это будет ключевой переменной, которую нам придется прогнозировать в условиях изменения климата.«Если влажность увеличится, водные менеджеры могут столкнуться с проблемой хранения воды в течение более длительного периода времени, одновременно смягчая последствия наводнений в середине зимы. Напротив, снижение влажности еще больше усугубит и без того ограниченные запасы воды.
«Долгосрочное планирование водохранилищ, водохранилищ и систем водоснабжения также имеет ключевое значение для менеджеров по водным ресурсам», - говорит Харпольд. «Например, в горах Сьерра и на озере Тахо вы можете увидеть ежегодный характер движения влажных воздушных масс над регионом, поэтому при планировании следует учитывать эти региональные закономерности.
"По мере того, как мы достигаем критической точки и видим, что наша обычная система хранения воды, снежный покров, тает больше и раньше зимой, системы, которые зависят от таяния снега, должны быть пересмотрены и модифицированы."
Итак, наблюдайте за снегом в городе до конца зимы. Следите за снегом, который остается в тени даже в теплые солнечные дни. И посмотрите, что происходит с тем же снегом серыми днями и ночами, но поскорее, пока он совсем не растаял.