La prima parte delle slides sulla neve. Contiene una descrizione introduttiva dei processi e dei metamorfismi della neve e le definizioni relative necessarie ad un trattamento quantitativo

1. Neve: fenomenologia
Turner, Snow Storm, 1842
Riccardo Rigon, Matteo Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

2. Neve
Sì, ancora la neve
...
Che sarà della neve, del giardino,
che sarà del libero arbitrio e del destino
e di chi ha perso nella neve il cammino
....
Andrea Zanzotto (La beltà, 1968)
2
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

3. Neve
La neve
La precipitazione nevosa è un elemento importante del ciclo idrologico: nei
bacini artici ed alpini, può contribuire ad oltre il 95% del bilancio idrico e
causare oltre il 50% delle piene, durante lo scioglimento.
La neve modifica in modo essenziale il bilancio energetico della superficie
terrestre, con conseguenze rilevanti sul clima e sugli ecosistemi.
3
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

4. Neve
Per la compresione dei fenomeni elencati
è importante capire
•I meccanismi di precipitazione e accumulo della neve
•I meccanismi ablazione e di movimento della neve
•I meccanismi di formazione del deflusso
4
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

5. Neve
E’ importante quantificare
•La quantita di neve precipitata e la sua redistribuzione a causa del
vento
•L’ acqua presente nel manto nevoso
•La quantità di neve persa per sublimazione
•La quantità e i tempi della fusione
•Le modalità di aggregazione del deflusso dell’acqua di fusione
5
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

6. La formazione della precipitazione nevosa
La formazione della precipitazione nevosa
6
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

7. La formazione della precipitazione nevosa
La formazione della precipitazione nevosa
Condizioni necessarie:
•Presenza di vapore acqueo
•Pressione di vapore superiore a quella di equilibrio
•Temperatura T < 0
•Presenza di nuclei di condensazione
7
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

8. La formazione della precipitazione nevosa
Se il processo di condensazione si innesca
Si hanno diversi fasi di formazione:
•Nucleazione
•Formazione di cristalli di ghiaccio
•Formazione dei cristalli di neve
Crescita dei cristalli Riming Aggregazione
8
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

9. La formazione della precipitazione nevosa
9
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

10. I cristalli di neve
10
R. Rigon
Wednesday, May 30, 12

11. I cristalli di neve
La neve alla microscala
11
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

12. I cristalli di neve
Sui cristalli di neve
12
D. Cat Berro
Wednesday, May 30, 12

13. La formazione della precipitazione nevosa
Le precipitazioni nevose sono legate a
particolari situazioni sinottiche
13
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

14. La formazione della precipitazione nevosa
Ma localmente è difficile
Prevedere la neve (quantità, limite nevicata): una sfida…
- Effetto valle
- Quota inferiore sul basso Piemonte
- Effetto rovesci / isotermie verticali
- Quantità difficili da prevedere in prossimità di 0 °C
14
D. Cat Berro
Wednesday, May 30, 12

15. La formazione della precipitazione nevosa
Nei modelli idrologici
Si usa spesso, la regola dello U.S. Corps of Engineers:
•se la temperatura è inferiore a -6 C, la precipitazione è
totalmente nevosa
•se la temperatura è superiore a 6 C, la precipitazione è liquida
•per valori intermedi solo una frazione è neve, il resto pioggia.
I modelli moderni usano però informazioni satellitari ( o previsioni di modelli
meteorologici ad area limitata)
15
R. Rigon
Wednesday, May 30, 12

16. La neve al suolo
La statistica della precipitazione nevosa
16
D. Cat Berro
Wednesday, May 30, 12

17. La neve al suolo
La statistica della precipitazione nevosa
Gli spessori di neve più elevati
nel mondo e nelle Alpi italiane
1140 cm l'11 marzo 1911 a Tamarack, California (USA)
1035 cm il 28 marzo 1937 al Piccolo San Bernardo (Aosta)
850 cm il 14 marzo 1972 al Lago Valsoera (Torino)
600 cm il 13 febbraio 1951 al Lago Toggia (Verbania)
Le nevicate più abbondanti
in un giorno nel mondo e in Italia
193 cm il 15 aprile 1921 a Silver Lake, Colorado (USA)
340 cm nel dicembre 1961 a Roccacaramanico (L'Aquila),
record non omologato
198 cm il 30 dicembre 1917 a Gressoney-La Trinité
155 cm l'11 marzo 2004 a Gares (Belluno)
17
D. Cat Berro
Wednesday, May 30, 12

18. La neve al suolo
La statistica della precipitazione nevosa
18
D. Cat Berro
Wednesday, May 30, 12

19. La neve al suolo
La statistica della precipitazione nevosa
Drastica riduzione di innevamenteo da fine Anni 1980. 2007-08,
inverno meno nevoso e più caldo.
19
D. Cat Berro
Wednesday, May 30, 12

20. La neve al suolo
I cristalli di neve
Forme di base
from: The Snowflake: Winter’s Secret Beauty,
Kenneth Libbrecht and Patricia Rasmussen
Piatto Colonnare Dentritico
La forma complessiva dipende dalla temperatura e dalla
disponibilità d’acqua.
20
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

21. Kenneth G. Libbrecht,: http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/
primer/primer.htm
Wednesday, May 30, 12
La neve al suolo
R. Rigon, M. Dall’Amico
I cristalli di neve
21

22. La neve al suolo
Fotografie dei cristalli di
neve
Rime on Plate Crystal Early Rounding Faceted Growth Early Sintering (Bonding)
Wind-Blown Grains Melt-Freeze with Melt-Freeze with Faceted Layer Growth Hollow, Faceted Grain
No Liquid Water Liquid Water (Depth Hoar)
22
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

23. La neve al suolo
Dimensioni caratteristiche
Term Size
[mm]
Very fine  0.2
Fine 0.2-0.5
Medium 0.5 - 1.0
Coarse 1.0 -2.0
Very coarse 2.0 -5.0
Extreme 5
23
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

24. La neve al suolo
La neve al suolo
Modis, Alta Valsugana, 24 ottobre 2003 24
R. Rigon, S. Endrizzi
Wednesday, May 30, 12

25. La neve al suolo
La neve al suolo
Modis, Alta Valsugana, 17 Novembre 2003 25
R. Rigon, S. Endrizzi
Wednesday, May 30, 12

26. La neve al suolo
La neve al suolo
Modis, Alta Valsugana, 17 Gennaio 2004 26
R. Rigon, S. Endrizzi
Wednesday, May 30, 12

27. La neve al suolo
La neve al suolo
Modis, Alta Valsugana, 16 Maggio, 2004 27
R. Rigon, S. Endrizzi
Wednesday, May 30, 12

28. Metamorfismi
Andamento stagionale della neve
Modificato da Dingman, 1994
e della sua temperatura alle medie latitudini 28
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

29. Metamorfismi
Andamento stagionale della neve
Modificato da Dingman, 1994
e della sua temperatura alle medie latitudini 29
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

30. Metamorfismi
Andamento stagionale della neve
Modificato da Dingman, 1994
e della sua temperatura alle medie latitudini 30
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

31. Metamorfismi
Andamento stagionale della neve
in zone tropicali
Nelle condizioni climatiche attuali, la neve nelle zone tropicali si può
accumulare solo in alta quota.
Tale accumulo è conseguente, specialmente, all’avvicendarsi di stagioni
umide con stagioni più secche (per esempio, in conseguenza di fenomeni
come El Nino, La Nina)
Nelle stagioni secche, la neve temde a sciogliersi, nelle stagioni umide, ad
accumularsi.
31
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

32. Neve
Distribuzione Areale
32
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

33. Neve
Distribuzione Areale
Scale Spaziali
Differenze di Differenze di Dinamica
accumulo accumulo meteorologica
dovute alle singole dovute alla
piante e copertura vegetale
alla micro-topografia alla micro-topografia
Turbolenza di piccola Caratteristiche del
scala terreno
Microscala Mesoscala Macroscala
10 - 100 m 100 m - 10 km > 10 km
33
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

34. Neve
Distribuzione Areale
Effetti della topografia
•Localmente la copertura nevosa cresce con la quota
- cresce infatti il numero di eventi piovosi
- descresce l’evapotraspirazione e la fusione
•L’incremento è estremamente variabile di anno in anno
•Altri fattori che topografici che influenzano la copertura nevosa:
- pendenza, aspetto
34
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

35. Neve
Distribuzione Areale
Effetti della vegetazione
•Conifere e specie decidue accumulano, ovviamente, quantità
differenti di neve
•La neve sulle chiome sublima più velocemente che la neve sul terreno
35
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

36. Neve
Distribuzione Areale
Effetti della vegetazione
La maggior parte degli studi mostra come gli accumuli di neve avvengano
prevalentemente nelle radure piuttosto che all’interno della foresta.
20-45%
Greater Snow
Accumulation
Le radure non sono generalmente soggette a grande ridistribuzione di neve per
effetto del vento, pertanto il fattore di maggior contributo relativamente a tali
differenze è la sublimazione della neve, che è favorita dal riscaldamento del
tronco. 36
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

37. Neve
Distribuzione Areale
Ambienti Aperti
L’insieme della distribuzione della vegetazione e della topografia può produrre
variazioni considerevoli nei “patterns” di distribuzione della neve.
37
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

38. Neve
Distribuzione Areale
Ambienti Aperti
38
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

39. Il vento e la neve
Processi di redistribuzione della neve
Lenhing, 2005
39
R. Rigon
Wednesday, May 30, 12

40. Il vento e la neve
Blowing Snow
Il trasporto di neve dovuto al vento è un effetto di rilievo sulla distribuzione
della neve.
40
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

41. Il vento e la neve
Blowing Snow
Quattro fattori:
1 - Velocità di trascinamento
2 - Soglie di velocità di vento
3 - Tipi di trasporto
4 - Efficienza (rate of) del trasporto
41
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

42. Il vento e la neve
Blowing Snow
Velocità di trascinamento
La velocità di trascinamento del vento u* è di solito calcolata dai profili di
vento, ma è anche in uso la pratica di stimarla da una singola misura di
velocità a 10 m:
where red. factor u⇤ (u10 = 5) m/s
Antartic Ice Sheet u10 /26.5 0.19
Snow-covered lake u1.18 /41.7
10 0.16
Snow-covered fallow field u1.30 /44.2
10 0.18
1.5000
1.1250
0.7500
u*
0.3750
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
10-m Wind Speed
42
Antarctic Lake Field
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

43. Il vento e la neve
Blowing Snow
Soglie sulla velocità del
vento alle quali il
trasporto inizia.
Le soglie dipendono dalle caratteristiche della neve.
Type of snow u⇤ m s
t
1
Old, wind-hardened 0.25 -1
dense, or wet
Fresh, loose, dry snow 0.07-0.25
and during snowfall
43
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

44. Il vento e la neve
Blowing Snow
3 Tipi di trasporto
Type of movement Motion Typical Height u⇤
[m] [m s 1
]
Creep Roll  0.01 5
Saltation Bounce 0.01-0.1 5-10
Turbulent Supended 1-100 10
Di↵usion
44
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

45. Il vento e la neve
Blowing Snow
La velocità di trasporto dipende dalle condizioni della
superficie della neve ma
approssimativamente è
/ u3
10
Raddoppiando la velocità, il trasporto aumenta di otto volte; quadruplicando la
velocità il trasporto aumenta di 64 volte
45
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

46. Il vento e la neve
Blowing Snow
Durante il trasporto, le particelle di neve sono
maggiormente soggette alla sublimazione di quanto
non siano quanto sono ferme.
Mean Annual Blowing Snow Sublimation
CANADA, 1970-1976
Loss in mm SWE over 1 km
22 25
16
20 30 50
22
25
46
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

47. Il vento e la neve
Blowing Snow
Il trasporto causa la modifica dei cristalli di ghiaccio:
- li rende più arrontondati.
Conseguentemente gli accumuli di neve per trasporto
sono più densi della neve caduta in sito
Cristalli di
Cristalli di neve neve
raccolti dopo una raccolti
nevicata con durante
poco vento il trasporto
2 mm
47
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

48. Il vento e la neve
Blowing Snow
Complessivamente il trasporto produce anche delle
forme ben riconoscibili da satellite.
48
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

49. cevento eSnow Distribution Patterns
Il of la neve
Blowing Snow
Description of Mountainpianure ... ma anche delle Patterns
caratterisitica delle Snow
Non è una Persistence of Snow Distribution zone alpine
tion
Process Description of Mountain Snow
Distribution
49
M. Lehning
Wednesday, May 30, 12

50. Neve
Il mantello nevoso
La colonna di neve
Massa Volume
Aria
Mag Vag
M⇤ V⇤
Ghiaccio
Mi Vi
Acqua (Liquida)
Mw Vw
50
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

51. Neve
Il manto nevoso
Il manto nevoso (snow-pack) è:
- un mezzo poroso (come mostrato nella slide precedente)
Generalmente composto da strati, più o meno omogenei, di differente
spessore e da tipi differenti di neve
Gli strati sono composti da cristalli e grani che sono, di solito, legati da
qualche tipo di coesione.
51
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

52. Neve
Notazione di base
M⇤ = Mag + Mw + Mi
M ⇤ = Mv + Mw + Mi
52
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

53. Neve
Notazione di base
Massa della neve
M⇤ = Mag + Mw + Mi
M ⇤ = Mv + Mw + Mi
52
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

54. Neve
Notazione di base
Massa della neve
Massa dell’aria
M⇤ = Mag + Mw + Mi
M ⇤ = Mv + Mw + Mi
52
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

55. Neve
Notazione di base
Massa della neve
Massa dell’aria
M⇤ = Mag + Mw + Mi
M ⇤ = Mv + Mw + Mi
Massa dell’acqua
liquida
52
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

56. Neve
Notazione di base
Massa della neve
Massa dell’aria
M⇤ = Mag + Mw + Mi
M ⇤ = Mv + Mw + Mi
Massa del vapore
Massa dell’acqua
liquida
52
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

57. Neve
Notazione di base
Massa della neve
Massa dell’aria
M⇤ = Mag + Mw + Mi
M ⇤ = Mv + Mw + Mi
Massa del
Massa del vapore ghiaccio
Massa dell’acqua
liquida
52
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

58. Neve
Notazione di base
I volumi con gli stessi indici delle masse
V⇤ = Vag + Vw + Vi
Vtw = Vv + Vw + Vi
53
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

59. Neve
Notazione di base
Densità del ghiaccio
ice density
Mi
⇢i :=
Vi
Densità apparente della neve
snow bulk density
M⇤ M⇤
⇢⇤ := =
V⇤ Vag + Vw + Vi
54
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

60. Neve
Variazioni della densità nel tempo
McKay, 1970
55
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

61. Neve
Densità tipiche della neve
Snow Type Density
[kg m 3 ]
Wild snow 10-30
New snow 50-60
falling in still air
Settling snow 70-90
Average wind-toughened 280
snow
Hard wind slab 400-500
New firn snow 550-650
Thawing firn snow 600-700
56
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

62. Neve
Notazione di base
Contenuto volumetrico d’acqua nella
neve(adimensionale)
Volume fraction of liquid water in snow pores
Vw
✓w :=
Vag + Vw + Vi
Contenuto volumetrico adimensionale di ghiaccio nella
neve
Volume fraction of frozen water (ice) in snow
Vi
✓i :=
Vag + Vw + Vi
57
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

63. Neve
Notazione di base
Porosità della neve
Vag + Vw
⇤ :=
Vag + Vw + Vi
Saturazione (relativa) dei suoli
✓w
S⇤ :=
⇤
58
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

64. Neve
Notazione di base
Equivalente in acqua della neve
⇢i
Vw (A) + ⇢w Vi (A)
h⇤ :=
A
Volume dell’acqua derivante dalla completa fusione della neve su un area
orizzontale corispondente.
✓ ◆ ✓ ◆
⇢i V⇤ ⇢i
h⇤ = ✓w + (1 ⇤) = ✓w + (1 ⇤) hsn
⇢w A ⇢w
V⇤
hsn :=
A 59
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

65. Neve
Caratteristiche qualitative del manto
nevoso
Term Size ✓⇤
Dry Usually T  0 C 0
Little tendency for snow grain to stick together
Moist T =0 C  0.03
Grains stick together
Wet T =0 C 0.03 - 0.08
Water can be seen in meniscus, but not squeezed out from snow
Pendular regime
Very wet T =0 C 0.08 - 0.15
Water can be pressed out by squeezing snow
Appreciable amount of air (funicular regime)
Slush T =0 C 0.15
The snow is flooded with water. No air
60
D. Cline
Wednesday, May 30, 12

66. Neve
Altre caratteristiche del manto
nevoso
•Forma dei grani di neve
•Dimensione dei grani di neve
•Albedo
•Temperatura
•Durezza
•Proprietà meccaniche
61
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

67. Neve
Variazione dell’albedo nel tempo
62
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

68. Neve
Proprietà termiche della neve
Si assume che il flusso di calore segua la legge di Fourier:
~ ~
Jh = Kh rT
63
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

69. Neve
Proprietà termiche della neve
Si assume che il flusso di calore segua la legge di Fourier:
~ ~
Jh = Kh rT
Flusso di calore
W m-2
63
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

70. Neve
Proprietà termiche della neve
Si assume che il flusso di calore segua la legge di Fourier:
Conducibilità
termica
W m-1 K-1
~ ~
Jh = Kh rT
Flusso di calore
W m-2
63
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

71. Neve
Proprietà termiche della neve
Si assume che il flusso di calore segua la legge di Fourier:
Conducibilità
termica
W m-1 K-1
~ ~
Jh = Kh rT
Flusso di calore
W m-2
Gradiente di
Temperatura
63
K m-1
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

72. Neve
Proprietà termiche della neve
~ ~
Jh = Kh rT
La conducibilità termica Kh è una misura della abilità di un materiale di trasmettere
calore. un buon conduttore di calore ha un alto valore di K, un isolante ha un basso
valore di K.
Neve Fresca 0.03 (meglio della lana di vetro!)
Neve vecchia 0.4
Ghiaccio 2.1
La neve attenua i cambiamenti termici dell’atmosfera. Per esempio un cambio
di 1 grado di temperatura dell’aria in 15 minuti, cambia la temperatura a 20
cm di profondità nella neve di soli 0.1 gradi e di 0.01 gradi ad un metro.
64
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

73. Neve
Proprietà termiche della neve
~ ~
Jh = Kh rT
Kh cresce con il metamorfismo della neve. d esempio, Sturm et al., 1997 fornisce
questa formula parametrica:
Kh = 0.138 1.01 ⇢ ⇤ +3.233 2
⇢⇤
65
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

74. Neve
Temperatura
Generalmente nel manto nevoso si presentano due situazioni:
- E’ presente una variazione di temperatura tra la sommità della neve
e il il terreno su cui si posa: la temperatura è normalmente dominata
dalla temperatura in superficie e il terreno si trova generalmente a 0
C .... a meno che non si sia in presenza di permafrost.
- Non è presente alcun gradiente: la neve si trova in uno stato
isotermo
66
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12

75. Neve
Temperatura
La neve è un buon isolante termico. Si generano gradienti di temperatura anche
molto elevati in prossimità della superficie.
67
Wednesday, May 30, 12

76. Neve
Temperatura
with and without
●
SnowD meas
SnowD sim
150
150
Flux to ground
●
●
●●
Flux to ground [W/m^2]
●●
●
●●
● ●
120
●●●●
Snow Depth [cm]
● ●●
●●
● ●●
● ●
100 ● ● ●
● ●
●
●
● ●
90
●
●
●
● ●
● ●
● ● ● ● ●
● ●
●
● ●
●
● ●●● ●
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●
● ●
●● ●
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●
●
● ●
●●
●●●● ●●
●●
●● ● ●●● ●
●●● ●
●● ●
●● ● ●
●● ● ●●●●
60
● ●● ● ●
● ●● ● ●●●●●●●
● ●●●●●●
● ●●●●●●
● ●●●●●
●●● ● ●●
●●
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● ● ● ●
● ● ●
●
●
● ●●
50
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●
●● ● ● ●
●● ● ● ●
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●● ●
● ●
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● ● ●
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30
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●●● ●
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0
0
●●●●●●
●●●●●●
●●●●●●
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●●●● ●●●●●●●●●●
●●●
●● ●●●●●●●●●●
●●●● ●●●●● ●●
●●
●●
●●
●
Nov 97 Feb 98 May 98 Aug 98 Nov 98
inverno estate
circa 50 W/m2
circa 5 W/m2 68
R. Rigon, M. Dall’Amico
Wednesday, May 30, 12