Čo je to firnovatenie snehu a kedy vznikajú lavíny z mokrého snehu

Lavínová činnosť je spoluvytváraná pôsobením geomorfologickými, vegetačnými a najmä meteorologickými faktormi. Tie určujú rozsah a intenzitu lavín. Na druhej strane sú to podmienky limitujúce stabilitu snehovej pokrývky. Sledovaním vývoja vybraných meteorologických veličín dokážeme modelovať správanie sa snehovej pokrývky. Pri hodnotení lavínovej činnosti z hľadiska vzniku mokrých základových lavín nemôžeme zabudnúť na hodnotenie stability snehovej pokrývky prostredníctvom sledovania teplotného gradientu snehovej pokrývky a jej okolia.

V tomt článku sa dozviete, aká je časová os vzniku lavín z mokrého snehu, na základe priameho merania gradientu teploty vzduchu a teploty snehovej pokrývky. Vyjadríme takto denný chod a amplitúdu v rôznych časových obdobiach zimy. Pri lavínovej činnosti je okrem priestorového rozšírenia veľmi významný časový ukazovateľ, ktorým dokážeme predpovedať a monitorovať stabilitu snehovej pokrývky. Nevyhnutná je charakteristika vybraných meteorologických veličín, ktorá sa vykonáva stacionárnym typom výskumu. Ten predstavuje umiestnenie automatickej meteorologickej stanice vo vysokohorskom prostredí. Pre analýzy bola využitá vlastná stanica v blízkosti Chaty pod Chlebom v Krivánskej časti Malej Fatry.

Stanica sa nachádzala (v súčasnosti je už premiestnená na Zbojníckej chate) v blízkosti elektrickej prípojky, čo nám umožňovalo umiestniť vyhrievané snímače rýchlosti a smeru vetra. Boli pripojené na stožiari vo výške 5 metrov. Vyhrievanie je potrebné najmä kvôli zvýšenej vlhkosti vzduchu, ktorá vytvára na podchladených predmetoch hrubú vrstvu námrazy. Tá môže prístroje zastaviť, prípadne aj poškodiť.

Výška snehovej pokrývky sa meria pomocou prístroja SWS 3. Tento prístroj na základe radarovej odrazivosti sníma povrch snehovej pokrývky a následne odosiela namerané hodnoty každú minútu. Pracuje v celom rozsahu vlhkostných podmienok a podľa údajov od výrobcu dokáže namerať výšku snehu pri teplotách od -35ºC.

Teplota a vlhkosť vzduchu sa sníma v štandardnom radiačnom kryte, ktorý je umiestnený vo výške 2 metre. Okrem toho sa sleduje teplota snehu v profile prostredníctvom siedmych teplomerov umiestených každých 20 cm od pevného povrchu.

Všetky namerané hodnoty sa ukladajú do DATA LOGGERU, ktorý je umiestený v rozvodnej skrinke. Počas uplynulej zimy bol nastavený na merania každú minútu a následne spriemerované pre 15 minút. Ukladanie je realizované na dvoch nezávislých miestach – SD karta a pomocou GPRS modulu odosielané na vzdialený MySQL databázový server. Ten dáta ukladá a pomocou php skriptov upraví pre následný grafický prehľad online vo webovom rozhraní.

Meteorologické dáta ako podklad vyhodnotenia stability snehovej pokrývky sú súčasťou komplexného fyzikálneho modelu SNOWPACK. Vývoju modelu sa venujú najmä autori zo Švajčiarska Lehning a Bartelt (Bartelt, Lehning 2002, Lehning et. al. 2002a, Lehning et. al. 2002b). Okrem spomínaných autorov bol model využitý vo viacerých aplikáciách (Hirashima et. al. 2008, Lundy et. al. 2001, Nishimura 2005 a iné).

Analýza vybraných meteorologických údajov slúži ako prostriedok pre charakteristiku stability snehovej pokrývky. Jednotlivé vstupujúce zložky pôsobia ako stabilizačný (resp. destabilizačný) faktor v rôznom čase. Vytvárajú následne predpoklad pre vznik určitých typov lavín, najmä pôsobením na metamorfózu snehu. Poznáme štyri základné premeny snehu: deštruktívna metamorfóza (premena rozpadom), konštruktívna metamorfóza (premena narastaním), firnovatenie (premena topením, obr. 1) a premenu snehu na ľadovcový ľad.

Obr. 1 Ukážka princípu premeny snehu pri procese firnovatenia

V prípade vzniku lavín z mokrého snehu nás bude zaujímať najmä proces firnovatenia. Na vyhodnotenie jeho časového prejavu sú potrebné namerané vybrané meteorologické ukazovatele (obr. 2). Prezentované parametre lepšie pomáhajú dokresliť vývoj počasia na automatickej meteorologickej stanici Pod Chlebom a jej blízkom okolí.

Obr. 2 Denné priemery: a) rýchlosti vetra, b) smeru vetra, c) teploty snehu v 20 cm, d) teploty snehu v 40 cm, e) výšky snehu, f) teploty vzduchu. V červenom rámčeku je obdobie, kedy bol teplomer v snehovej pokrývke. Zvyšný čas bola snehová pokrývka nižšia.

Snehová pokrývka v spodnej časti je izolovaná od vonkajšieho prostredia a jej teplota je čím hlbšie, tým viac blízka 0 °C (obr. 2, c), d). Horná časť snehovej pokrývky je počas zimy vystavovaná rozdielnemu vplyvu teploty vzduchu, ktorý sa mení pri zmene dennej fluktuácie teploty (striedanie teplého a studeného cyklu počas dňa a noci) a aktuálnej synoptickej situácie (McClung, Schaerer 1993). Z tohto dôvodu má vo všeobecnosti väčšiu stabilitu snehová pokrývka pri oceánickom type podnebia ako pri kontinentálnom, ktorý má vyššiu amplitúdu teploty. Tento efekt rozdielneho príjmu tepla spôsobuje zmeny v snehovej pokrývke a spolu s tlakom nadložných vrstiev vplýva na jej stabilitu.

Štádium firnovatenia predstavuje poslednú etapu vývoja snehovej pokrývky (ak nepočítame premenu na ľadovcový ľad nad snežnou čiarou). Pozorovať ho môžeme koncom jesene, ale najmä začiatkom jari, kedy už teplota vzduchu cez deň je kladná (počas zimy môžu byť kladné teploty na južne orientovaných svahoch). Sneh prechádza dvoma fázami vývoja. Dôležitý v tomto prípade je aj časový aspekt denného chodu vývoja teploty vzduchu (Obr. 3), pričom reakcia snehovej pokrývky na teplotu je rozdielna.

Obr. 3 Priemerné hodinové teploty vzduchu podľa zimných mesiacov nameraných na automatickej meteorologickej stanici Pod Chlebom

1. Fáza topenia snehu – Pri ohriatí snehu nad 0 °C sa začína uvoľňovať voda, ktorá vniká medzi jednotlivé snehové zrná a znižuje súdržnosť väzieb a tým aj celej vrstvy. Ako prvé sa roztápajú menšie zrná a väčšie sa od seba oddeľujú. Vzniká pravdepodobnosť padnutia základových lavín. Tento proces je najintenzívnejší v popoludňajších hodinách. Podľa McClung, Schaerer (1993) pri slnečnom žiarení s najväčšou intenzitou o 12:00 je najväčší podiel voľnej vody v snehovej pokrývke okolo 15:00 hodine. Teplotná kapacita snehovej pokrývky však spôsobuje rozdielny vývoj teploty a vytvára teplotný gradient (obr. 2 c) d). Zväčšuje sa tu aj rozdiel medzi rozptylom a smerodajnou odchýlkou.

Obr. 4 Priemerné hodinové teploty snehu podľa zimných mesiacov nameraných na automatickej meteorologickej stanici Pod Chlebom vo výške 20 cm nad podložím.

2. Fáza zamrznutia snehu – Postupne sa zoslabovaním vplyvu slnka prestáva vytvárať voľná voda a v noci vznikajú nové, silnejšie väzby. Zrná narastajú a zvyšujú vzájomnú súdržnosť. Výsledkom je firnový sneh. Na ďalší deň sa celý proces opakuje až do úplného roztopenia, prípadne narušenia stability natoľko, že sa prekoná odpor trenia a nastane pád lavíny.

Na vyjadrenie časovej náchylnosti destabilizácie snehovej pokrývky boli využité hodinové priemery údajov za jednotlivé mesiace. Tie nevykazujú v nočných hodinách takmer žiadne zmeny. Minimum je počas všetkých mesačných priemerov približne na úrovni 4.00 – 5.00 UTC (čo je 5.00 – 6.00 CET). Zaujímavé sú maximá, pretože sa diferencujú mesiace marec, apríl od typicky chladných mesiacov januára a februára. V chladnejších mesiacoch predstavuje amplitúda 2-3 °C. V tomto čase nie je prítomné výrazné maximum, pričom v teplejších ho už pozorujeme zreteľnejšie.

V marci predstavuje amplitúda 4 °C s maximom o 14.00 CET. Ale čo nám ďalej vyčlení apríl od marca je práve jeho výrazná amplitúda 10 °C a okrem skorých ranných hodín je nad bodom mrazu. Z uvedených zistení môžeme považovať marec za mesiac s najväčším potenciálom pre proces firnovatenia, nakoľko v apríli už sneh len veľmi ťažko opätovne zamrzne.

Použitá literatúra

Bartelt, P., Lehning, M., 2002. A physical SNOWPACK model for the Swiss avalanche warning. Part I. Numerical model. Cold Reg. Sci. Technol. 35 (3), 123–145.

Hirashima, H., Nishimura, K., Yamaguchi, S., Sato, A., Lehning, M., 2008. Avalanche forecasting in a heavy snowfall area using the snowpack model. Japan. Cold Regions Science and Technology. 51, 191-203.

Lehning, M., Bartelt, P., Brown, B., Fierz, C., Satyawali, P., 2002a. A physical SNOWPACK model for the Swiss avalanche warning: Part II. Snow Microstructure. Cold Reg. Sci. Technol. 35, 147– 167.

Lehning, M., Bartelt, P., Brown, B., Fierz, C., 2002b. A physical SNOWPACK model for the Swiss avalanche warning: Part III. Meteorological forcing, thin layer formation and evaluation. Cold Reg. Sci. Technol. 35, 169– 184.

Lundy, C., Brown, R.L., Adams, E.E., Birkeland, K.W., Lehning, M., 2001. A statistical validation of the SNOWPACK model in a Montana climate. Cold Reg. Sci. Technol., 237– 247.

MCCLUNG, D., SCHAERER, P. 1993. The Avalanche Handbook. Seattle : The Mountaineers, 1993.

Nishimura, K., Baba, E., Hirashima, H., Lehning, M., 2005. Application of the snow cover model SNOWPACK to snow avalanche warning in Niseko, Japan. Cold Reg. Sci. Technol. 43, 62–70.