برای باریدن برف، رطوبت باید در جو وجود داشته باشد. طوفان های برفی نیز به شدت به دما بستگی دارد، اما نه لزوما دمایی که ما روی زمین احساس می کنیم. برف زمانی تشکیل می شود که دمای اتمسفر زیر صفر یا کمتر از انجماد (0 درجه سانتی گراد یا 32 درجه فارنهایت) باشد. اگر دمای زمین زیر صفر یا زیر صفر باشد، برف به زمین می رسد. با این حال، اگر شرایط مناسب باشد، برف همچنان می تواند به زمین برسد، زمانی که دمای زمین بالاتر از صفر باشد. در این حالت، دانه های برف با رسیدن به این لایه دمای بالاتر شروع به ذوب شدن خواهند کرد. ذوب، خنک کننده تبخیری ایجاد می کند، که هوا را بلافاصله در اطراف دانه برف خنک می کند. این خنک کننده سرعت ذوب را کاهش می دهد. به عنوان یک قاعده کلی، اگر دمای زمین حداقل 5 درجه سانتیگراد (41 درجه فارنهایت) باشد، برف تشکیل نمی شود.
در حالی که ممکن است هوا برای برف خیلی گرم باشد، نمی تواند برای برف خیلی سرد باشد. برف حتی در دماهای بسیار پایین نیز ممکن است رخ دهد، تا زمانی که منبعی از رطوبت و راهی برای بلند کردن یا خنک کردن هوا وجود داشته باشد. با این حال، این درست است که بیشتر بارش های سنگین برف زمانی اتفاق می افتد که هوای نسبتاً گرم در نزدیکی زمین وجود دارد - معمولاً -9 درجه سانتیگراد (15 درجه فارنهایت) یا گرمتر - زیرا هوای گرم تر می تواند بخار آب بیشتری را در خود نگه دارد.
از آنجایی که تشکیل برف به رطوبت نیاز دارد، مناطق بسیار سرد اما بسیار خشک به ندرت ممکن است برف دریافت کنند. به عنوان مثال، دره های خشک قطب جنوب، بزرگترین بخش بدون یخ این قاره را تشکیل می دهند. دره های خشک بسیار سرد هستند اما رطوبت بسیار کمی دارند و بادهای قوی به حذف رطوبت باقی مانده از هوا کمک می کند. در نتیجه، این منطقه بسیار سرد برف کمی دریافت می کند.
برف چگونه تشکیل می شود
برف تجمعی از کریستال های یخ بسته بندی شده است و وضعیت کیسه برف کیفیت های مختلفی مانند رنگ، دما و معادل آب را تعیین می کند. با تغییر شرایط آب و هوایی، بسته برف نیز می تواند تغییر کند و این بر ویژگی های برف تأثیر می گذارد.
منظره برفی در آفتاب روشن در آیووا
پس از برخورد برف سنگین به کوه ورنون، آیووا، خورشید بیرون می آید. - اعتبار: ریچ هرمان/فلیکر
برف روی زمین
ویژگی سطح برف پس از بارش برف به شکل اصلی کریستال ها و شرایط آب و هوایی موجود در هنگام بارش برف بستگی دارد. به عنوان مثال، زمانی که بارش برف با بادهای شدید همراه باشد، کریستال های برف به قطعات کوچک تری شکسته می شوند که می توانند متراکم تر شوند. پس از بارش برف، برف ممکن است ذوب یا تبخیر شود یا ممکن است برای مدت طولانی باقی بماند. اگر برف روی زمین باقی بماند، بافت، اندازه و شکل تک تک دانه ها حتی زمانی که دمای برف زیر صفر باقی می ماند تغییر می کند، یا ممکن است در طول زمان ذوب شده و دوباره یخ بزنند و در نهایت با بارش های برف بعدی فشرده می شوند.
در طول فصل زمستان، بسته برف معمولاً ساختار لایه ای پیچیده ای متشکل از انواع دانه های برف را جمع می کند و ایجاد می کند که منعکس کننده شرایط آب و هوایی و آب و هوایی حاکم در زمان رسوب و همچنین تغییرات درون پوشش برف در طول زمان است.
رنگ های برف
به طور کلی، برف و یخ ما را با ظاهری یکنواخت سفید نشان می دهد. این به این دلیل است که نور مرئی سفید است. اکثر نور مرئی که به سطح برف یا یخ برخورد می کند بدون هیچ ترجیح خاصی برای یک رنگ منعکس می شود. بیشتر مواد طبیعی مقداری نور خورشید را جذب می کنند که به آنها رنگ می دهد. با این حال، برف تمیز بیشتر نور مرئی خورشید را منعکس می کند و ظاهری سفید ایجاد می کند. این که بسته برف چقدر نور خورشید را به جو منعکس می کند به عنوان آلبدوی برف مشخص می شود.
رد پا در برف عمیق آبی به نظر می رسد
برف اغلب سفید به نظر می رسد، اما برف عمیق می تواند به عنوان یک فیلتر عمل کند و یک رنگ را بیشتر و رنگ دیگر را کمتر جذب کند. برف عمیق تمایل به جذب نور قرمز دارد و رنگ آبی که اغلب در برف دیده می شود را منعکس می کند. - اعتبار: پیکسابای
با این حال، ممکن است برف نیز آبی به نظر برسد. همانطور که امواج نور به داخل برف یا یخ می روند، دانه های یخ مقدار زیادی نور را پراکنده می کنند. اگر نور در هر مسافتی حرکت کند، باید از بسیاری از این رویدادهای پراکنده جان سالم به در ببرد. یعنی باید به پراکندگی ادامه دهد و جذب نشود. ناظر نور را می بیند که از لایه های سطحی نزدیک پس از پراکنده شدن یا برگشتن به دانه های دیگر برف فقط چند بار باز می گردد و همچنان سفید به نظر می رسد. جذب ترجیحی است: نور قرمز بیشتر از آبی جذب می شود. تفاوت در جذب ناچیز است، اما کافی است که در یک فاصله قابل توجه، مثلاً یک متر (3.3 فوت) یا بیشتر، فوتون های بیرون آمده از لایه برف از نور آبی بیشتری نسبت به نور قرمز تشکیل شده باشند. به عنوان مثال، اگر بخواهید برف را سوراخ کنید و به داخل سوراخ نگاه کنید، ممکن است رنگ مایل به آبی را ببینید. در هر مورد، نور آبی محصول یک مسیر نسبتا طولانی سفر در میان برف یا یخ است. لایه یخ یا برف را به عنوان یک فیلتر در نظر بگیرید. اگر ضخامت آن فقط یک سانتی متر (0.39 اینچ) باشد، تمام نور از آن عبور می کند، اما اگر حدود یک متر (3.3 فوت) ضخامت داشته باشد، عمدتاً نور آبی از آن عبور می کند.
برف هندوانه صورتی یا قرمز به نظر می رسد
در نزدیکی ویستلر، کانادا، شکوفه های جلبک به برف رنگ قرمز یا صورتی می دهد که به آن برف هندوانه می گویند. Chlamydomonas nivalis یک جلبک سبز فتوسنتزی قرمز رنگ است که در مناطق برفی کوه های آلپ و مناطق قطبی در سراسر جهان یافت می شود. - اعتبار: روث هارتناپ/فلیکر
ذرات یا موجودات درون بسته برف نیز ممکن است بر رنگ برف تأثیر بگذارند. به عنوان مثال، برف هندوانه قرمز یا صورتی به نظر می رسد. این رنگ توسط نوعی جلبک آب شیرین کرایوفیل یا سرد دوست است که حاوی رنگدانه قرمز روشن است. برف هندوانه در طول تابستان در مناطق کوهستانی مرتفع و همچنین در امتداد مناطق قطبی ساحلی رایج است. اگرچه ممکن است این برف به رنگ آب نبات به نظر برسد، اما خوردن آن عاقلانه نیست. Blood Falls در یخچال طبیعی Taylor قطب جنوب نیز دارای برف قرمز رنگ است، اما به دلیل دیگری. در آنجا، رنگ قرمز تیره ناشی از نشت آب شور از یک مخزن باستانی در زیر یخچال است. این آب غنی از نوعی آهن است که در تماس با جو اکسید می شود و آبشاری قرمز روشن ایجاد می کند.
گرد و غبار روی برف سطح آن را در این تصویر از کوه های راکی تیره می کند
پوششی از غبار این برف را در کوه های راکی تیره می کند و ذوب آن را تسریع می بخشد. بادها ذرات ریز رسوب را از مناطق خشک حمل می کنند و گرد و غباری که به اندازه کافی در جو پخش می شود می تواند صدها یا حتی هزاران مایل را طی کند. محتویات آن می تواند شامل خاک فرسایش شده، زمین هایی که در اثر سنگ فرش و ساخت وساز مختل شده، زمین های مختل شده توسط چرا و کشاورزی، و زباله های ریز ناشی از آتش سوزی های جنگلی باشد. - اعتبار: جف دیمز، NSIDC
ذرات تیره رنگ مانند گرد و غبار و دوده می توانند ظاهر برف را تغییر دهند و به دلیل جذب بیشتر نور خورشید، عقب نشینی برف را تسریع می کنند. مطالعات انجام شده در جنوب غربی کوهستان سان خوان کلرادو نشان داده است که لایه ای از گرد و غبار در سطح یک برف می تواند مدت زمان پوشش برف را از 21 تا 51 روز کوتاه کند. در مقابل، افزایش دمای هوا 2 تا 4 درجه سانتیگراد (4 تا 7 درجه فارنهایت) مدت پوشش برف را تنها 5 تا 18 روز کوتاه می کند. لایه های گرد و غبار می توانند در کیسه برف دفن شوند زیرا طوفان های جدید برف تمیزی را به بالای آن اضافه می کنند، اما این لایه های غبار با ذوب شدن لایه های بالایی ظاهر می شوند.
برف و صدا
ویژگی ها و سن برف می تواند بر نحوه حرکت امواج صوتی تأثیر بگذارد و در برخی موارد آنها را مرطوب کند یا در موارد دیگر آنها را تقویت کند. به عنوان مثال، مردم اغلب متوجه می شوند که چگونه صدا پس از بارش برف تازه تغییر می کند. هنگامی که زمین دارای یک لایه ضخیم از برف تازه و کرکی است، امواج صوتی به آسانی در سطح برف جذب می شوند و صدا را خنثی می کنند. با این حال، زمان و شرایط آب و هوایی ممکن است سطح برف را تغییر دهد. اگر سطح آب شود و دوباره یخ بزند، برف صاف و سفت می شود. سپس سطح به انعکاس امواج صوتی کمک می کند. صداها ممکن است واضح تر به نظر برسند و در این شرایط دورتر حرکت کنند.
برف نیز ممکن است خرچنگ شود و بجوشد. لایه ای از برف از دانه های ریز زیادی یخ تشکیل شده است که توسط هوا احاطه شده اند و وقتی روی آن قدم می گذارید، دانه ها را فشرده می کنید. با فشرده شدن برف، دانه های یخ روی یکدیگر ساییده می شوند. این باعث ایجاد اصطکاک یا مقاومت می شود. هر چه دما کمتر باشد، اصطکاک بین دانه های یخ بیشتر می شود. له شدن ناگهانی برف در دماهای پایین تر، صدای خرچنگ آشنا را تولید می کند. در دماهای بالاتر، نزدیک به ذوب، این اصطکاک به حدی کاهش می یابد که لغزش دانه ها در مقابل یکدیگر صدای کمی ایجاد می کند یا صدایی ندارد. سخت است که بگوییم برف در چه دمایی شروع به خرد شدن می کند، اما هر چه برف سردتر باشد صدای خرچنگ بلندتر است.
عمق و دمای برف
روباه در برف عمیق غار برفی می سازد
روباهی از یک برف در آلاسکا لانه می سازد. - اعتبار: JLS Photography/Flickr
دمای سطح برف توسط دمای هوای بالا کنترل می شود. هرچه هوای بالا سردتر باشد، لایه های برف نزدیک سطح سردتر خواهند بود، به خصوص در 30 تا 45 سانتی متر (12 تا 18 اینچ) بالا. برف نزدیک زمین در برف های عمیق تر گرم تر است زیرا به زمین گرم نزدیک است. زمین نسبتاً گرم است زیرا گرمای ذخیره شده در زمین در تابستان به کندی دفع می شود. علاوه بر این، برف عایق خوبی است، شبیه به عایق در سقف خانه، و بنابراین جریان گرما از زمین گرم به هوای سرد بالا را کند می کند.
چقدر آب در برف است؟
برف از بلورهای آب یخ زده تشکیل شده است، اما از آنجایی که هوای زیادی در اطراف هر یک از بلورهای کوچک در بسته برف وجود دارد، بیشتر حجم کل لایه برف از هوا تشکیل شده است. ما به معادل آب برف برف به عنوان ضخامت آبی که از ذوب یک لایه معین از برف حاصل می شود، اشاره می کنیم. فرضیه ای که اغلب تکرار می شود، نسبت ده به یک برف به آب را ادعا می کند، اما همیشه دقیق نیست. معادل آب برف متغیرتر از آن چیزی است که بیشتر مردم تصور می کنند. به عنوان مثال، 25 سانتی متر (10 اینچ) برف تازه می تواند حاوی 0.25 سانتی متر (0.10 اینچ) آب و تا 10 سانتی متر (4 اینچ) آب باشد، بسته به ساختار کریستالی، سرعت باد، دما و موارد دیگر. عوامل. اکثر برف های جدید در ایالات متحده دارای نسبت آب به برف بین 0.04 (4 درصد) تا 0 هستند.
دانه های برف چقدر می توانند بزرگ شوند؟
یک دانه برف پیچیده در یک خوشه خودنمایی می کند
یک دانه برف بزرگ در این دسته از پلی کریستال ها خودنمایی می کند. - اعتبار: کنجکاو/فلیکر
دانه های برف تجمع بسیاری از کریستال های برف هستند. قطر بیشتر دانه های برف کمتر از 1.3 سانتی متر (0.5 اینچ) است. در شرایط خاصی که معمولاً به دماهای نزدیک به انجماد، بادهای خفیف و شرایط جوی ناپایدار نیاز دارند، پوسته های بسیار بزرگتر و نامنظم می توانند تشکیل شوند که عرض آنها نزدیک به 5 سانتی متر (2 اینچ) است. هیچ اندازه گیری معمولی از ابعاد دانه های برف انجام نمی شود، بنابراین اندازه دقیق آن مشخص نیست.
انواع برف
شرایط جوی بر نحوه شکل گیری کریستال های برف و اتفاقاتی که هنگام سقوط روی زمین برای آنها می افتد تأثیر می گذارد. برف ممکن است به صورت دانه های برف متقارن و شش طرفه ببارد یا ممکن است به صورت توده های بزرگتر از دانه ها ببارد. به طور مشابه، هنگامی که برف روی زمین قرار می گیرد، بسته برف بسته به تغییرات دمای محلی، وزیدن باد برف در اطراف یا مدت زمانی که برف روی زمین بوده است، ممکن است کیفیت های متفاوتی به خود بگیرد. به عنوان مثال، یک برف تازه ممکن است شل و پودری باشد، اما برفی که در طول زمستان روی زمین بوده است ممکن است دارای لایه های متراکم و پوسته ای باشد که در اثر ذوب شدن و یخ زدن مجدد ایجاد می شود. دانشمندان و هواشناسان انواع بارش برف، برف و تشکیلات برفی را طبقه بندی کرده اند.
انواع کریستال های برف
یخبندان به شکل گل
یخبندان به شکل گل در دره ای کوچک در جنوب غربی آیداهو شکل می گیرد. این کریستال های گلبرگ گل رز پس از هفته ها دمای شبانه 12- درجه سانتی گراد (10 درجه فارنهایت) و تنها 7- درجه سانتی گراد (20 درجه فارنهایت) در طول روز تشکیل شدند. - اعتبار: کن مدلن
یخبندان ریم روی چمن تشکیل می شود
پس از چندین شب طولانی و سرد که برای ایجاد بارش بسیار خشک بود، مقدار قابل توجهی از آهک در نتیجه رسوب مداوم رطوبت هوا بر روی چمن ها ایجاد شده است. در دسامبر 2016، خشکسالی بی سابقه در کوه های آلپ اروپا باعث یخ زدگی شالیزار در مکان های سرد و سایه به جای برف شد. - اعتبار:
دانه های برف تک کریستال های یخ یا خوشه هایی از بلورهای یخ هستند که از ابر می افتند.
یخ زدگی به رسوب کریستال های یخ روی سطحی گفته می شود که دمای سطح پایین تر از نقطه یخ زدگی هوای اطراف باشد. در این فرآیند، رطوبت مستقیماً از بخار به جامد می رود و از فاز مایع عبور می کند. یخبندان معمولاً از بلورهای یخ به هم پیوسته تشکیل شده است و تمایل دارد روی اجسام با قطر کم که آزادانه در معرض هوا هستند مانند سیم ها، تیرک ها، شاخه های درختان، ساقه های گیاه و لبه های برگ تشکیل شود.
یخ زدگی ریم زمانی اتفاق می افتد که قطرات فوق خنک یخ زده و به سطحی در معرض چسبند. رطوبت معمولاً از مه یخ زده یا قطرات مه حاصل می شود که مستقیماً از حالت مایع به حالت جامد با بادهای آرام تبدیل می شوند.
Graupel از دانه های برف تشکیل شده است که به گلوله های گرد و مات با قطر 2 تا 5 میلی متر (0.1 تا 0.2 اینچ) تبدیل می شوند. هنگامی که کریستال های یخ از طریق قطرات ابرهای فوق سرد می افتند، تشکیل می شوند که زیر نقطه انجماد هستند اما به صورت مایع باقی می مانند. قطرات ابر سپس به کریستال منجمد می شوند و یک توده توده ای تشکیل می دهند. گروپل گاهی با تگرگ اشتباه گرفته می شود، اما بافتی نرم تر و شکننده تر دارد. Graupel گاهی اوقات گلوله های برفی نیز نامیده می شود.
پلی کریستال ها دانه های برفی هستند که از کریستال های یخ زیادی تشکیل شده اند.
انواع بارش برف
کولاک یک طوفان شدید زمستانی است که حداقل سه ساعت به طول می انجامد که ترکیبی از دمای زیر یخبندان و بادهای شدید مملو از برف است که دید را به کمتر از 0.40 کیلومتر (0.25 مایل) کاهش می دهد.
یک طوفان برفی دارای مقادیر زیادی برف است.
توفان برف برفی است که برای مدت کوتاه و با شدت های متفاوت می بارد. توفان ها معمولاً تجمع کمی ایجاد می کنند.
بارش برف کوتاه اما شدید است که دید را به شدت کاهش می دهد و اغلب با بادهای شدید همراه است.
بارش برف یک بارش بسیار شدید برف است که اغلب مدت کوتاهی دارد و دید را به شدت محدود می کند و دوره هایی از تجمع سریع برف را ایجاد می کند.
برف متحرک به برف روی زمین گفته می شود که توسط باد به ارتفاع بیش از 2.5 متر (8 فوت) بالای سطح می برد. هنگامی که از آن ارتفاع بالاتر می رود، تبدیل به برف می شود.
دمیدن برف ذرات برف معلق در هوا را توصیف می کند که توسط باد تا ارتفاعات متوسط یا زیاد از سطح زمین، در ارتفاع 2.5 متر (8 فوت) یا بیشتر بلند شده اند. دید افقی در سطح چشم عموماً بسیار ضعیف است.
انواع پوشش برفی
پوشش برفی که به آن کیسه برفی نیز می گویند، کل برف و یخ روی زمین است. این شامل برف جدید و برف و یخ قبلی است که ذوب نشده اند.
برف جدید یک رسوب برف اخیر است که در آن شکل اصلی بلورهای یخ قابل تشخیص است.
فرن برفی گرد و چسبیده است که قدمت آن بیش از یک سال است و چگالی آن بیش از 550 کیلوگرم بر متر مکعب یا 55 درصد است.
Névé برف جوان و دانه ریزی است که تا حدی ذوب شده، دوباره منجمد شده و فشرده شده است. névé که در یک فصل ذوب کامل زنده بماند، firn نامیده می شود. این نوع برف با تشکیل یخچال های طبیعی مرتبط است.
برف قدیمی نشان دهنده برف های رسوب شده ای است که تغییر شکل آن به قدری پیشرفته است که شکل اصلی بلورهای برف جدید دیگر قابل تشخیص نیست.
برف فصلی به برفی گفته می شود که در طول یک فصل جمع می شود یا برفی که تنها یک فصل ادامه دارد.
برف چند ساله برفی است که سال به سال روی زمین باقی می ماند.
برف پودری برف جدید خشک است که از کریستال های یخ شل و تازه تشکیل شده است.
انواع تشکل های برفی
زمانی که برف روی زمین قرار می گیرد، تحت شرایط آب و هوایی مختلف، از جمله وزش باد، تغییر دما، و دوره های طولانی سایه یا آفتاب قرار می گیرد. در موارد خاص، این عناصر می توانند به معنای واقعی کلمه شکل سطح برف را تغییر دهند.
قرنیز در قله کوه روث در ایالت واشنگتن شکل می گیرد
یک قرنیز در بازوی شرقی کوه روث در ایالت واشنگتن شکل می گیرد. - اعتبار: مارتین براوونبور/فلیکر
قرنیز یک تجمع برآمده از یخ و برف وزش باد است که مشخصاً در لبه یک یال یا صخره یافت می شود.
پوسته یک سطح برفی سخت است که بر روی یک لایه نرمتر قرار گرفته است که توسط خورشید، باران یا باد تشکیل شده است.
مگادون ها تپه های غول پیکر برفی در قطب جنوب هستند که از کریستال های برف بزرگ به قطر 2 سانتی متر (3/4 اینچ) تشکیل شده اند.
توبه کنندگان، قله های بلند، نازک و با فاصله نزدیک از برف سخت هستند که ارتفاع آنها از چند سانتی متر تا چند متر متغیر است. زمینه های توبه کنندگان می توانند در مناطق یخبندان و پوشیده از برف، به ویژه در مناطق خشک، مانند آندهای خشک یا در کوه های اطراف دره مرگ در کالیفرنیا ایجاد شوند.
نشانه های موج دار به موج دار شدن سطح برف ناشی از باد اشاره دارد، شبیه به موج هایی که گاهی در ماسه دیده می شود.
Sastrugi زمانی رخ می دهد که باد فرسایش می دهد یا برف را در شیارها و برآمدگی های نامنظم رسوب می دهد. Sastrugi گاهی اوقات منجر به تشکیلات برفی ظریف و شکننده می شود.
برف بارکان یک برف نعل اسبی شکل است که انتهای آن به سمت باد است.
پل برفی طاقی است که از برف تشکیل شده است که بر روی یک شکاف حرکت کرده و ابتدا یک قرنیز و در نهایت پوششی را تشکیل می دهد که ممکن است شکاف را کاملاً مبهم کند.
غلتک برفی شکل نادری است که در شرایط خاص هواشناسی رخ می دهد. باد تکه ای از برف را در امتداد زمین می وزاند و گلوله برفی که به وجود می آید، مواد را در حین غلتش جمع می کند. غلتک های برفی به جای دایره، استوانه ای هستند. برخی از آنها شبیه دونات هستند زیرا لایه های داخلی ضعیف فرو می ریزند و از بین می روند.
فنجان های خورشیدی به طرحی از گودال های کم عمق و کاسه ای شکل اشاره دارند که در هنگام تابش شدید آفتاب ایجاد می شوند.
