Časopis Quark
http://www.quark.sk

Chladno, chladnejšie, sneh…

Váhový snehomer, experimentálne meranie v Západných Tatrách, ÚH SAV, foto Michal Danko

Hydrológia ako veda o kolobehu vody v prírode sa zaoberá aj tvorbou a topením snehovej pokrývky. Dôležitým dôvodom na meranie snehu je protipovodňová ochrana ľudí a majetku.

Snehové kryštály vznikajú z podchladených vodných kvapôčok oblakov alebo priamou sublimáciou vodnej pary na ľadové kryštalické jadrá. Majú pravidelnú šesťuholníkovú kryštálovú mriežku. Podľa teploty okolia vzniku sa tvoria kryštály rôzneho tvaru, napríklad ihlice, hranoly, doštičky, hviezdice… Podľa vlhkostných pomerov v atmosfére sa tieto tvary môžu navzájom kombinovať. Doteraz sa popísalo vyše 21-tisíc rôznych tvarov snehových kryštálov, pričom každý snehový kryštál je v drobných detailoch odlišný od ostatných. Pri teplote blízkej bodu mrazu sa kryštály spájajú do vločiek rôznej veľkosti. Veda zaoberajúca sa tvarmi snehových kryštálov sa nazýva kryštalografia snehu. Sneh sa od svojho vzniku až do úplného roztopenia stále mení. Odborníci hovoria, že sneh žije. V podstate rozoznávame tri druhy premeny snehu: premena rozpadom (deštruktívna metamorfóza), premena narastaním (konštruktívna metamorfóza) a premena topením (firnovatenie). Všetky poveternostné pochody a zmeny počasia sa prejavia na vrstevnatosti snehovej pokrývky. Každá snehová vrstva má svoje špecifické vlastnosti: druh snehových zŕn, tvrdosť, vlhkosť, priľnavosť či optické vlastnosti.

Hydrologický rok

Typická snehová pokrývka trvá v našich najvyšších pohoriach od novembra do mája. Na určenie celkovej vodnej bilancie počas roka používame v hydrológii pojem hydrologický rok. Začína sa 1. novembra a končí sa 31. októbra. Je to preto, aby voda, ktorá v danom hydrologickom roku spadne vo forme snehu, v tom istom roku aj odtiekla. Základnými charakteristikami snehu sú pre hydrológiu vodná hodnota, výška a hustota. Na detailnejšie poznanie snehovej pokrývky je niekedy potrebné poznať tvrdosť snehu, tvar snehových kryštálov, teplotu snehu a jeho vrstvy v celom vertikálnom profile. Vykonávajú sa aj testy stability snehovej pokrývky. Tieto údaje potom pomáhajú napríklad Stredisku lavínovej prevencie Horskej záchrannej služby pri každodennej predpovedi lavínovej situácie pre pohoria na Slovensku. Sneh sa meria väčšinou na konkrétnych miestach napríklad pri meteostaniciach alebo na vybraných tzv. snehomerných profiloch, ktoré vhodne reprezentujú okolie. Na určenie priestorového rozdelenia snehu sa používa matematické modelovanie a satelitné či letecké snímkovanie.

Nutnosť bádania

Foto Pixabay

Pri správnom určení množstva snehu v jednotlivých povodiach môžu vodohospodári lepšie regulovať prevádzku vodných diel. Pre vodné diela, ktoré sa podieľajú na výrobe elektrickej energie, je potrebné mať hladinu vody v nádrži čo najvyššie. Pred jarným topením snehu však musia vodohospodári znížiť hladinu vody, aby mali dostatok miesta na zachytenie vody z topiaceho sa snehu a dažďa. Na ekonomickú prevádzku je najvhodnejšie, aby vypustili čo najmenej vody. Preto je dôležité vedieť, koľko vody do nádrže dotečie z topenia snehu v nasledujúcom období. Iným dôležitým dôvodom získavania poznatkov o snehu je stavebníctvo. Konštrukcie sa navrhujú aj podľa normového zaťaženia budov snehom v jednotlivých snehových oblastiach. Aj pri výstavbe nových lyžiarskych stredísk je pre investora potrebné vedieť trend a predpokladaný budúci vývoj snehovej pokrývky v danej lokalite. Detailnejším meraním a výskumom snehu sa u nás zaoberá Ústav hydrológie Slovenskej akadémie vied (ÚH SAV), Slovenský hydrometeorologický ústav (SHMÚ), Stredisko lavínovej prevencie Horskej záchrannej služby (SLP HZS) a ďalšie vedeckovýskumné organizácie, ktoré sa venujú aj základnému výskumu v teréne alebo univerzitnému vzdelávaniu, napríklad Katedra vodného hospodárstva krajiny STU v Bratislave a Katedra prírodného prostredia Technickej univerzity vo Zvolene.

Automatická meteostanica, Červenec 1 500 m n. m., ÚH SAV, foto Michal Danko

Skúmané vlastnosti

Najjednoduchšia a zároveň aj najčastejšia informácia o stave snehovej pokrývky je jej výška. Dlhodobé údaje o výške snehovej pokrývky predstavujú dôležitú klimatologickú informáciu. Z hydrologického hľadiska však údaj o výške snehu nepostačuje. Na lepšiu informáciu o stave snehovej pokrývky potrebujeme poznať jej vodnú hodnotu. Vodná hodnota snehu je výška vody, ktorá by pokryla povrch po roztopení snehu. Udáva sa v milimetroch, podobne ako úhrn atmosférických zrážok. Aby sme nemuseli priamo v teréne topiť sneh, a tak zistiť jeho vodnú hodnotu, používame váhový snehomer, ktorým odvážime hmotnosť odobraného valca snehu a na základe jeho hmotnosti, plochy a výšky vypočítame vodnú hodnotu snehu. Ďalšou dôležitou hodnotou je hustota snehu. Tá sa v našich podmienkach pohybuje v rozmedzí 50 až 70 kg/m3, čo predstavuje prašan, až po 800 kg/m3, ktorými sú mokrý firn a ľad. Čerstvo napadnutý sneh môže obsahovať iba 3 % ľadových kryštálov a 97 % vzduchových medzier. Hustota snehovej pokrývky v priebehu zimy postupne rastie, to znamená, že čím je sneh starší, tým má väčšiu hustotu.

Akumulácia a topenie

Meranie výšky snehu s globálnym polohovým systémom (GNSS), horizontálna a vertikálna presnosť 1 cm, ÚH SAV, foto Martin Rusina

Akumulácia snehovej pokrývky závisí najmä od množstva zrážok, teploty vzduchu, vetra, slnečného žiarenia, členitosti terénu a vegetácie. Tieto parametre ovplyvňujú akumuláciu snehu tak, že aj na malom území môžu byť v množstve snehu veľké rozdiely. Kým na hrebeňoch a strmých svahoch vplyvom vetra býva málo snehu, o pár metrov nižšie v dolinách ho môže byť niekoľkonásobne viac. Topenie snehu významne ovplyvňuje teplota vzduchu a množstvo akumulovaného snehu. Aj počas zimy sa sneh vo vrchnej časti pri kladných teplotách vzduchu môže začať topiť. Voda z topiacej sa hornej vrstvy snehu začne gravitačne prenikať nadol, ale ak sa opäť ochladí, táto voda môže v snehovej pokrývke zamrznúť bez toho, aby sa dostala až k povrchu pôdy. Tomuto javu hovoríme opätovné zamŕzanie. V jarných mesiacoch vplyvom zvýšenia prichádzajúcej energie začne roztopená voda už prenikať cez všetky vrstvy snehu, presakuje do pôdy a spôsobuje postupné narastanie prietokov vo vodných tokoch. V rôznych oblastiach Slovenska k tomuto dochádza v rôznom čase, napríklad v Západných Tatrách sa prvé takéto zvýšenie prietokov pri snehovo a teplotne normálnom priebehu zimy najčastejšie objavuje okolo jarnej rovnodennosti (20. marca). Keď v tomto období začne výdatne pršať, môžu nastať povodňové situácie.

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 03/2018.

Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.

Ing. Michal Danko, PhD.
Experimentálna hydrologická základňa Liptovský Mikuláš
Ústav hydrológie SAV v Bratislave

Komentáre