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雪は、大気中に浮遊している個々の氷の結晶が成長し、その後落下して地上に蓄積され、そこでさらに変化する固体の大気降水の一種です。 [ 2 ]雪は、適切な条件下で大気中に氷の結晶が形成され、ミリメートルサイズに成長し、表面に降下して蓄積され、その場で変質し、最終的に溶けたり、滑り落ちたり、昇華したりするライフサイクル全体を通して、凍った結晶水で構成されています。
吹雪は、大気中の水分と冷気をエネルギー源として組織化され、発達します。雪片は、 大気中の粒子に過冷却された水滴を引き寄せ、六角形の結晶として凍結することで核を形成します。雪片は、板状、針状、柱状、樹氷など、さまざまな形をとります。雪が積もって積雪になると、吹き溜まりになることがあります。積雪は、時間の経過とともに、焼結、昇華、凍結融解によって変化します。気候が十分に寒冷で、毎年雪が積もる地域では、氷河が形成されることがあります。それ以外の地域では、雪は通常、季節ごとに溶け、小川や川に流れ込み、地下水を涵養します。
雪が降りやすい主な地域としては、極地、北半球の最北半分、そして十分な水分と低温を備えた世界中の山岳地帯が挙げられる。南半球では、南極大陸を除いて、雪は主に山岳地帯に限られている。[ 3 ]
雪は、交通機関（道路、翼、窓の除雪が必要）、農業（作物への給水や家畜の保護）、スキー、スノーボード、スノーモービルなどのスポーツ、そして戦争といった人間の活動に影響を与えます。雪は、冬の間、植物や動物が寒さに耐えられるように断熱層を提供することで、生態系にも影響を与えます。 [ 1 ]
雪は、より大きな気象システムの一部である雲の中で発生します。雲の中での雪結晶の発達の物理は、水分量や温度を含む複雑な一連の変数によって決まります。落下する結晶や落下した結晶の形状は、いくつかの基本的な形状とその組み合わせに分類できます。非常に低温の逆転層が存在する晴天の下では、板状、樹枝状、星形の雪片が形成されることがあります。[ 4 ]
雪雲は通常、より大きな気象システムの中で発生し、その中で最も重要なのは低気圧域であり、その循環の一部として温暖前線と寒冷前線が含まれるのが一般的です。その他、局地的に雪を発生させる2つの要因は、湖水効果（または海水効果）による嵐と、特に山岳地帯における標高効果です。[ 5 ]
中緯度低気圧は、曇りや軽い吹雪から激しい吹雪まで、あらゆる現象を引き起こす可能性のある低気圧域です。[ 6 ] 半球の秋、冬、春の間、大陸上空の大気は対流圏の深部まで十分に冷たくなり、降雪を引き起こすことがあります。北半球では、低気圧域の北側で最も多くの雪が降ります。[ 7 ]
寒冷前線、つまり冷たい空気の塊の最前線は、地表の気温が氷点下に近いときに、前線性吹雪（雨帯に似た激しい前線性対流線）を引き起こすことがあります。発生する強い対流は、風によって激しい吹雪が発生するため、前線が通過する場所で視界が真っ白になるほどの水分を含んでいます。[ 8 ]この種の吹雪は、通常、経路上のどの地点でも 30 分未満しか続きませんが、前線の移動は広範囲に及ぶことがあります。前線性吹雪は、地表の寒冷前線の少し前、または寒冷前線の後ろで発生することがあります。そこでは、低気圧が発達している場所や、従来の寒冷前線の通過に似た一連のトラフ線が存在する可能性があります。 [ 9 ]
温暖前線は、暖かく湿った空気が氷点下の空気を押し上げ、境界で降水をもたらすため、一定期間雪をもたらすことがあります。多くの場合、前線の後ろの暖かい地域では雪が雨に変わります。[ 8 ]
湖水効果雪は、気温が低いときに、冷たい気団が暖かい湖水の広大な範囲を通過する際に、下層の空気が温められ、湖から水蒸気を吸収して上昇し、上空の冷たい空気を通り抜けて凍結し、風下側の岸に堆積することによって発生します。[ 10 ] [ 11 ]
塩水域で発生する同様の現象は、海洋効果雪または湾効果雪と呼ばれます。この現象は、風下側の海岸にある高地の地形的影響によって移動する気団が上昇すると強まります。この上昇により、狭いながらも非常に強い降水帯が発生し、毎時数インチの雪が降る場合があり、総降雪量が多くなることがよくあります。[ 12 ]
湖水効果雪の影響を受ける地域はスノーベルトと呼ばれています。これには、五大湖の東の地域、日本の北部の西海岸、ロシアのカムチャツカ半島、グレートソルトレイク、黒海、カスピ海、バルト海、北大西洋の一部付近の地域が含まれます。[ 13 ]
地形性降雪または起伏降雪は、大規模な風の流れによって湿った空気が山脈の風上側に押し上げられるときに発生します。湿った空気が山脈の斜面を上昇すると、断熱冷却が起こり、最終的に凝結と降水が生じます。このプロセスによって空気から水分が徐々に除去され、下降する側、つまり風下側にはより乾燥した暖かい空気が残ります。[ 14 ]その結果生じる降雪量の増加[ 15 ]と、標高の上昇に伴う気温の低下[ 16 ]が相まって、積雪の深さと積雪の季節的な持続性を高めます。[ 1 ] [ 17 ]
山岳波は、凝結と降水に必要な上昇気流を強めることで、山脈の風下側の降水量を増加させるのに役立つこともわかっている。[ 18 ]
雪の結晶は、およそ 10 19 個の水分子から構成されており、雪の結晶が地上に落下する途中で通過する大気中の温度と湿度の変化に応じて、異なる速度とパターンでその中心部に水分子が加えられます。その結果、雪の結晶は似たようなパターンをたどるものの、それぞれが異なります。[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]
雪の結晶は、直径約 10 μmの小さな過冷却雲粒が凍結するときに形成されます。これらの雲粒は、 -18 °C (0 °F)より低い温度でも液体の状態を保つことができます。これは、凍結するには、雲粒内の少数の分子が偶然集まって、氷の格子に似た配置を形成する必要があるためです。雲粒はこの「核」の周りで凍結します。暖かい雲では、核として機能するために、エアロゾル粒子または「氷核」が雲粒内に存在するか、または雲粒と接触している必要があります。氷核は、液体の雲粒が形成される雲凝結核に比べて非常にまれです。粘土、砂漠の塵、および生物粒子が核になる可能性があります。[ 22 ]人工核には、ヨウ化銀粒子とドライアイスがあり、これらは雲種まきで降水を促進するために使用されます。[ 23 ]
水滴が凍結すると、過飽和環境（気温が氷点下の場合、空気が氷に対して飽和状態にある環境）で成長します。水滴は、空気中の水分子（水蒸気）が氷の結晶表面に拡散して集まり、成長します。水滴は氷の結晶よりもはるかに数が多いため、ウェゲナー・ベルジュロン・フィンダイゼン過程により、水滴を犠牲にして結晶は数百マイクロメートルまたはミリメートルの大きさに成長することができます。これらの大きな結晶は、質量のために大気中を落下し、衝突して塊や集合体を形成することがあるため、効率的な降水源となります。これらの集合体が雪片であり、通常は地面に落下する氷の粒子の種類です。[ 24 ]氷は透明ですが、結晶の面や空洞/欠陥による光の散乱により、小さな氷の粒子による光のスペクトル全体の拡散反射のため、結晶はしばしば白色に見えます。[ 25 ]
1885年以降、ウィルソン・アルウィン・ベントレーによって始められた数千個の雪片の顕微鏡写真により、分類可能なパターンセット内の雪片の多様性が明らかになった。[ 27 ]非常によく似た雪の結晶が観察されている。[ 28 ]
中谷宇吉郎は、結晶の形状と結晶が形成される温度および水分条件との関係を示す結晶形態図を作成し、それを以下の表にまとめた。[ 1 ]
中谷は、結晶の形状は、一般的な水分が飽和度より上か下かによっても左右されることを発見した。飽和線より下の結晶はより固く緻密な形状になりがちで、過飽和空気中で形成された結晶はよりレース状で繊細かつ装飾的な形状になる傾向がある。また、条件や氷核に応じて、側面、弾丸ロゼット、平面型など、より複雑な成長パターンも形成される。[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]結晶が約-5 ℃（23 °F）で柱状成長領域で形成され始め、その後より暖かい板状領域に移行すると、柱の端に板状または樹枝状の結晶が芽生え、いわゆる「キャップ付き柱」が形成される。[ 24 ]
マゴノとリーは、新たに形成された雪の結晶の分類を考案し、80種類の異なる形状を分類した。彼らはそれぞれを顕微鏡写真で記録した。[ 32 ]
雪は、凍結と融解を繰り返す一連の降雪イベントによって、季節的または通年的に雪が残るほど寒い地域に積もります。主な積雪地域には、北極と南極、北半球、高山地域などがあります。降雪量の液体換算値は、積雪計[ 33 ]または、漏斗と内筒を取り外して冬用に調整した標準雨量計[34]を使用して評価できます。どちらのタイプの計器も積雪を溶かし、収集した水の量を表示します[35]。一部の自動気象観測所では、降水計を補完するために超音波積雪深センサーが使用される場合があります[ 36 ] 。
吹雪、にわか雪、吹雪、ブリザードは、雪の現象の継続時間と強度が段階的に増加することを表します。[ 37 ]ブリザードは雪を伴う気象状態であり、世界各地で定義が異なります。米国では、ブリザードは、持続的な風または頻繁な突風が時速35マイル（16 m/s）に達し、視界が0.4キロメートル（0.25マイル）未満に低下するのに十分な量の雪が空中に存在するという2つの条件が3時間以上満たされた場合に発生します。[ 38 ]カナダと英国では、基準は似ています。[ 39 ] [ 40 ]ブリザードの状況では大雪が降ることが多いですが、吹雪が地上ブリザードを引き起こす可能性があるため、降雪は必須ではありません。[ 41 ]
吹雪の強さは、視界と積雪の深さによって分類されることがある。[ 42 ]降雪の強さは、次のように視界によって決定される。 [ 43 ]
吹雪は、湖水現象として水域から伸びる帯状に雪を降らせたり、上空の前線の通過によって発生したりすることがある。[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]
国際季節積雪分類では、「新雪の高さ」を、 24時間またはその他の観測期間中にスノーボード上に積もった、定規で測定したセンチメートル単位の新たに降った雪の深さと定義しています。測定後、ボードから雪を取り除き、ボードを雪面と水平にして、次の期間の終わりに正確な測定ができるようにします。[ 4 ]融解、圧縮、吹き飛ばし、吹き溜まりは、降雪量の測定を困難にする要因となります。[ 47 ]
永久積雪のある氷河は地球表面の約 10% を覆い、季節積雪は約 9% を覆っています[ 1 ]。そのほとんどは北半球にあり、1987 年の推定によると、季節積雪は約4,000万平方キロメートル (15 × 10 ^ 6平方マイル)を覆っています。 [ 48 ] 2007 年の北半球の積雪の推定では、平均して、積雪は毎年 8 月に最小200万平方キロメートル (0.77 × 10 ^ 6平方マイル)から、毎年 1 月に最大4,500万平方キロメートル (17 × 10 ^ 6平方マイル)まで、つまりその半球の陸地のほぼ半分まで広がっていると示唆されています。[ 49 ] [ 50 ] 1972年から2006年までの北半球の積雪範囲に関する研究では、35年間で0.5百万平方キロメートル（0.19 × 10 ^ 6平方マイル）の減少が示唆されている。 [ 50 ]
以下は、降雪量と雪片に関する世界記録です。
The cities (more than 100,000 inhabitants) with the highest annual snowfall are Aomori (792 cm), Sapporo (485 cm) and Toyama (363 cm) in Japan, followed by St. John's (332 cm) and Quebec City (315 cm) in Canada, and Syracuse, NY (325 cm).[56]
According to the International Association of Cryospheric Sciences, snow metamorphism is "the transformation that the snow undergoes in the period from deposition to either melting or passage to glacial ice".[4] Starting as a powdery deposition, snow becomes more granular when it begins to compact under its own weight, be blown by the wind, sinter particles together and commence the cycle of melting and refreezing. Water vapor plays a role as it deposits ice crystals, known as hoar frost, during cold, still conditions.[57] During this transition, snow "is a highly porous, sintered material made up of a continuous ice structure and a continuously connected pore space, forming together the snow microstructure". Almost always near its melting temperature, a snowpack is continually transforming these properties wherein all three phases of water may coexist, including liquid water partially filling the pore space. After deposition, snow progresses on one of two paths that determine its fate, either by ablation (mostly by melting) from a snowfall or seasonal snowpack, or by transitioning from firn (multi-year snow) into glacier ice.[4]
時間の経過とともに、積雪層は自重で沈下し、密度が水の約 30% になります。この初期圧縮を超える密度の増加は、主に氷点以上の温度または直射日光によって引き起こされる融解と再凍結によって発生します。寒冷な気候では、雪は冬の間ずっと地面に残っています。晩春までに、雪の密度は通常、水の 50% の最大値に達します。[ 58 ]夏まで残る雪は、部分的に融解、再凍結、圧縮された粒状の雪であるネヴェに変化します。ネヴェの最小密度は500 キログラム/立方メートル (31 lb/cu ft)で、これは液体の水の密度の約半分です。 [ 59 ]
フィルンは、数年にわたって残存し、ネヴェよりも密度が高く、氷河氷よりも密度が低く硬くない物質に再結晶化した雪です。フィルンは固まった砂糖に似ており、シャベルで掘っても非常に固く崩れにくいです。その密度は一般的に1立方メートルあたり550～830キログラム（34～52ポンド/立方フィート）で、氷河の先端に積もった雪の下によく見られます。氷河にフィルンが蓄積する最低高度は、フィルン限界、フィルンライン、またはスノーラインと呼ばれます。[ 1 ] [ 60 ]
堆積した雪の移動には主に4つのメカニズムがあります。未焼結雪の吹き溜まり、急斜面での積雪による雪崩、融解時の雪解け、そして雪が数年にわたって積もり氷河氷に変化した後の氷河の移動です。 [ 61 ]
粉雪が風に乗って元の場所から吹き飛ばされると、[ 62 ]孤立した場所では数メートルにも達する深さの堆積物を形成します。[ 63 ]吹き飛ばされた雪は斜面に付着した後、雪板に変化する可能性があり、これは急斜面では雪崩の危険となります。[ 64 ]
雪崩（雪崩または雪すべりとも呼ばれる）は、傾斜面を雪が急速に流れ落ちる現象です。雪崩は通常、雪の強度を超える力が雪層に加わったときに、開始ゾーンで雪層の機械的破壊（スラブ雪崩）によって引き起こされますが、徐々に広がる（緩い雪崩）場合もあります。開始後、雪崩は通常急速に加速し、より多くの雪を巻き込むにつれて質量と体積が増加します。雪崩が十分に速く移動すると、雪の一部が空気と混ざり合い、パウダースノー雪崩（重力流の一種）を形成することがあります。雪崩は主に次の3つのメカニズムで発生します。[ 64 ]
山岳地帯や高緯度地域を源流とする多くの河川は、その流量のかなりの部分を雪解け水から得ています。そのため、河川流量は季節によって大きく変動し、春季には周期的な洪水が発生し[ 66 ] 、少なくとも米国西部の山岳地帯やイラン、アフガニスタンの大部分のような乾燥した山岳地帯では、残りの期間は非常に流量が少なくなります。対照的に、雪解け水の大部分が氷河地帯や氷河に近い地域からのものである場合、雪解けは温暖な季節を通して続き、流量のピークは夏の中頃から後半にかけて発生します[ 67 ] 。
氷河は、雪と氷の蓄積が融解を上回る場所で形成されます。高山氷河が形成される地域は、典型的には肘掛け椅子のような形をした地質学的特徴である圏谷（カールまたはクム）と呼ばれ、雪が集まり、積もった雪の層が次々と重みで圧縮されてネベが形成されます。個々の雪の結晶がさらに圧縮され、雪の中に閉じ込められた空気が減少すると、氷河氷になります。この氷河氷は、地質学的弱点や、2つの山の間の隙間などの脱出路から溢れ出るまで圏谷を満たします。雪と氷の塊が十分に厚くなると、表面の傾斜、重力、圧力の組み合わせによって動き始めます。急な斜面では、わずか15メートル（49フィート）の雪氷でもこれが起こる可能性があります。[ 1 ]
科学者は、化学結合や雲の物理学、積雪の分布、蓄積、変質、融解、融雪が河川の水理や地表水文学に与える影響など、さまざまなスケールで雪を研究しています。その際、研究対象となる現象を観察・測定するために、さまざまな機器を使用します。彼らの研究結果は、雪に適応した車両や構造物を開発するエンジニア、農業における融雪の利用可能性に取り組む農学者、雪上でのスポーツ活動用の用具を設計する人々などによって応用される知識に貢献しています。科学者は、個々の結晶から集合した積雪まで、さまざまなスケールでの雪の物理的特性を記述する雪の分類システムを開発し、また他の研究者がそれを利用しています。専門分野の一つに雪崩があり、これはエンジニアやアウトドアスポーツ愛好家にとって同様に重要な関心事です。[ 65 ]
雪科学は、雪の形成、分布、および時間の経過とともに積雪がどのように変化するかに影響を与えるプロセスを扱います。科学者は、嵐の予報を改善し、世界の積雪とその気候、氷河、および世界中の水供給への影響を研究します。この研究には、変化する物質の物理的特性、その場にある積雪の全体的な特性、および積雪のある地域の集合的な特性が含まれます。その際、地上での物理的測定技術を使用して地上の真実を確立し、リモートセンシング技術を使用して広範囲にわたる雪に関連するプロセスについての理解を深めます。[ 68 ]
現地では、雪科学者はしばしば雪穴を掘り、その中で基本的な測定と観察を行います。観察では、風、水の浸透、または樹木からの雪の落下によって生じる特徴を記述することができます。雪層への水の浸透は、フローフィンガーや水たまり、または毛細管障壁に沿った流れを作り出し、雪層内で水平および垂直の固体氷の形成に再凍結する可能性があります。国際季節積雪分類に含まれる積雪の特性の測定には、積雪高、積雪水当量、積雪強度、および積雪範囲が含まれます。それぞれにコードと詳細な説明が付いた指定があります。この分類は、中谷とその後継者による以前の分類を関連するタイプの降水に拡張したもので、次の表に引用されています。[ 4 ]
すべて雲の中で形成されるが、着氷だけは例外で、過冷却された水分にさらされた物体上に形成される。
また、堆積雪の分類は、空中雪に関する分類よりも広範です。分類には、自然雪と人工雪の両方の種類、雪結晶の変成と融解の説明、積雪中の霜の発生と積雪中の氷の形成が含まれます。積雪の各層は、その微細構造や密度を記述する1つ以上の特性によって隣接する層と異なり、これらがまとめて雪の種類やその他の物理的特性を定義します。したがって、積雪層を形成する雪の種類と状態は、その物理的および機械的特性に依存するため、常に定義する必要があります。物理的特性には、微細構造、粒径と形状、雪の密度、液状水含有量、温度が含まれます。[ 4 ]
地上の積雪量を測定する場合、通常、積雪範囲 (SCE) ― 雪に覆われた土地の面積、積雪期間 (SD) ― 特定の地域が雪に覆われている期間、そして積雪量 (多くの場合、積雪水当量 (SWE) で表され、雪がすべて溶けた場合にどれだけの水になるかを表す) の 3 つの変数が測定されます。これは、積雪量の測定値です。[ 69 ]これらの変数を測定するために、さまざまな手法が使用されます。地表観測、リモートセンシング、地表面モデル、再解析製品などです。これらの手法は、最も完全なデータセットを形成するために、しばしば組み合わされます。[ 69 ]
衛星やその他のプラットフォームによる積雪のリモートセンシングでは、通常、多スペクトル画像の収集が含まれます。[ 70 ]取得したデータの多面的な解釈により、観測された内容についての推論が可能になります。これらのリモート観測の背後にある科学は、実際の状況の地上真値調査によって検証されています。[ 1 ] [ 71 ]
衛星観測によると、衛星観測が始まった1960年代以降、積雪面積は減少している。中国などの一部の地域では、1978年から2006年にかけて積雪面積が増加する傾向が見られた。これらの変化は、地球規模の気候変動によるもので、融雪の早期化や積雪面積の減少につながる可能性がある。一部の地域では、北緯40度以北の気温上昇により積雪深が増加している。北半球全体では、月平均積雪面積は10年あたり1.3%減少している。[ 72 ]
積雪範囲、積雪深、積雪水当量などをマッピングおよび測定するために最も頻繁に使用される方法は、可視光から赤外線までのスペクトル上の複数の入力を使用して、雪の存在と特性を推測します。国立雪氷データセンター（NSIDC）は、可視光と赤外線の反射率を使用して正規化差分積雪指数を計算します。これは、雲と雪を区別できる放射パラメータの比率です。他の研究者は、利用可能なデータを使用してより正確な評価を行う決定木を開発しました。この評価の課題の1つは、積雪がパッチ状になっている場合、たとえば積雪または融解期間中、および森林地帯です。雲は表面反射の光学センシングを妨げるため、雲の下の地盤の状態を推定するための他の方法につながっています。水文モデルでは、積雪に関する連続的な情報を持つことが重要です。受動マイクロ波センサーは、雲の下や暗闇でも表面をマッピングできるため、時間的および空間的な連続性にとって特に価値があります。反射測定と組み合わせると、受動マイクロ波センシングは積雪について可能な推論を大幅に拡張します。[ 72 ]
衛星観測によると、1978年以降、世界の多くの地域で積雪が減少していることが示されている。[ 69 ]
雪科学はしばしば、地球の水循環の要素である積雪、融雪、雪水文学を含む予測モデルにつながり、地球規模の気候変動を説明するのに役立ちます。[ 1 ]
地球規模の気候変動モデル（GCM）は、計算に雪を要素として組み込んでいます。積雪の重要な側面には、アルベド（光を含む入射放射の反射率）や断熱性などがあり、これらは海氷の季節的な融解速度を遅らせます。2011年時点では、GCMの積雪モデルの融解段階は、植生被覆や地形など、雪の融解を制御する複雑な要因がある地域では性能が低いと考えられていました。これらのモデルは通常、積雪の衛星観測から何らかの方法で積雪水当量（SWE）を導き出します。[ 1 ]国際季節積雪分類では、 SWEを「積雪量が完全に融解した場合に生じる水の深さ」と定義しています。[ 4 ]
農業にとって雪解け水が重要であることを考えると、予測に雪を組み込んだ水文流出モデルは、積雪の蓄積、融解プロセス、河川網を通じた融解水の地下水への分配の各段階を扱います。融解プロセスを記述する鍵となるのは、太陽熱流束、周囲温度、風、降水量です。初期の雪解けモデルは、積雪と気温の差を重視した積算温度アプローチを使用して、積雪水当量（SWE）を計算しました。より最近のモデルは、融解に利用可能なエネルギーであるQ mを計算するために次の要素を考慮したエネルギーバランスアプローチを使用しています。これには、 Q mに寄与する 6 つの熱流メカニズムを計算するために、さまざまな積雪と環境要因の測定が必要です。[ 1 ]
雪は、交通、農業、建造物、スポーツという4つの主要な分野で日常的に文明に影響を与えます。ほとんどの交通手段は、路面の雪によって妨げられます。農業は、季節的な水分源として雪に頼ることがよくあります。建造物は、積雪荷重によって破損する可能性があります。人々は、雪景色の中でさまざまなレクリエーション活動を見つけます。雪は戦争の遂行にも影響を与えます。[ 73 ]
雪は高速道路、飛行場、鉄道の通行権に影響を与える。除雪車はすべての作業員にとって共通だが、道路では氷の付着を防ぐために凍結防止剤が使用されるが、飛行場では使用されない場合がある。鉄道では線路の牽引力のために研磨剤が使用される。[ 74 ] [ 75 ]
クメルによる1994年の報告書によると、20世紀後半には、雪やその他の冬の気象現象のために、北米では道路の冬季維持管理に年間推定20億ドルが費やされた。この調査では、米国の44州とカナダの9州の管轄区域の慣行を調査した。冬季維持管理に使用される政策、慣行、および機器を評価した。同様の慣行と進歩がヨーロッパでも広く見られることがわかった。[ 76 ]
雪が車両と路面の接触に及ぼす主な影響は摩擦力の低下です。これは、雪を圧縮してトラクションを高めるように設計されたトレッドを持つスノータイヤを使用することで改善できます。降雪時および降雪後に交通に対応できる道路を維持する鍵は、化学薬品と除雪の両方を使用する効果的な凍結防止プログラムです。[ 76 ]連邦道路管理局の効果的な凍結防止プログラム実施マニュアルでは、雪や氷が路面に付着するのを防ぐ「凍結防止」手順を強調しています。実施の重要な側面には、特定の道路で達成すべきサービスレベル、遭遇する気候条件、除氷、凍結防止、研磨材および適用の異なる役割を考慮して凍結防止を理解すること、および運用用、意思決定用、人員用の3つの凍結防止「ツールボックス」を使用することが含まれます。ツールボックスの要素は次のとおりです。[ 74 ]
このマニュアルには、さまざまな種類の雪や降雪量に対応したマトリックスが掲載されており、アプリケーションを適切かつ効率的に調整するのに役立ちます。
道路の風上側に建設される雪よけ柵は、風で吹き寄せられた雪を目的の場所に集めることで、雪の吹き溜まりを抑制します。鉄道でも使用されています。さらに、農家や牧場主は、春にすぐに水が使えるように、窪地に雪の吹き溜まりを作るために雪よけ柵を使用します。[ 77 ] [ 78 ]
冬の嵐の間も空港を開放しておくためには、滑走路や誘導路の除雪が必要です。道路では、雪が舗装面に付着するのを防ぐために塩化物系化学薬品処理が一般的ですが、アルミニウム製の航空機に強い腐食作用があるため、空港ではそのような化学薬品の使用は通常禁止されています。そのため、除雪車の作業を補完するために機械式ブラシがよく使用されます。大型航空機を扱う飛行場の滑走路の幅を考慮すると、滑走路や誘導路の除雪には、大型の除雪ブレードを備えた車両、除雪車の列、または回転式除雪車が使用されます。ターミナルエプロンでは、 6ヘクタール（15エーカー）以上の除雪が必要になる場合があります。 [ 79 ]
適切な装備を備えた航空機は、計器飛行方式で吹雪の中を飛行することができます。離陸前に、吹雪の中では除氷液を使用して、翼や胴体に雪やその他の降水物が蓄積して凍結するのを防ぎ、航空機とその乗員の安全を損なわないようにする必要があります。[ 80 ]飛行中、航空機は雲の中で着氷やその他の種類の着氷を避けるためにさまざまなメカニズムに頼っています。[ 81 ]これらには、脈動する空気圧ブーツ、熱を発生させる電気熱領域、表面に滲み出る液体除氷剤などがあります。[ 82 ]
鉄道では、線路の除雪に伝統的に 2 種類の除雪機が使用されてきました。1 つは両側に雪を飛ばすウェッジ プラウ、もう 1 つは大雪に対応し、雪を片側または反対側に遠くまで飛ばすロータリー プラウです。ロータリー プラウが 1865 年頃に発明される以前は、ウェッジ プラウを深い雪の中を走らせるには複数の機関車が必要でした。このような除雪機で線路を除雪した後、他のタイプの除雪機では届かないレール間の雪を取り除くために「フランジャー」が使用されます。着氷が機関車の車輪と線路の鋼鉄同士の接触に影響を与える可能性がある場所では、より急な上り坂での牽引力を確保するために研磨剤 (通常は砂) が使用されてきました。[ 75 ]
鉄道は、アルプスやロッキー山脈などの雪の多い山岳地帯で、線路を覆う構造物である雪よけを使用して、大雪の蓄積や雪崩による線路の覆いを防いでいる。[ 83 ]
雪は圧縮して雪道を作り、冬季に孤立したコミュニティや建設現場へ車両がアクセスするための冬季道路ルートの一部となる。 [ 84 ]また、南極のフェニックス飛行場のように、雪は滑走路の支持構造や表面を提供するのにも使用できる。雪で圧縮された滑走路は、年間約60回の大型軍用機の車輪付き飛行に耐えられるように設計されている。[ 85 ]
降雪は断熱材として働き、地球の熱を保ち、作物を氷点下の寒さから守ることで、農業に有益な効果をもたらします。一部の農業地域では、冬の間に積もった雪が春に徐々に溶け、作物の生育に必要な水を直接、あるいは小川や河川を流れる水を通して灌漑用水路に供給することに依存しています。[ 1 ]氷河の融解水や季節的な積雪を重要な水源として利用し、灌漑に役立てている河川の例としては、ヒマラヤ山脈に源流を持つ多くの支流があり、インド北部および北東部で多くの灌漑用水を提供しているガンジス川[ 86 ] 、チベットと西ヒマラヤ山脈に源流を持ち、急速に後退する氷河からパキスタン北部および東部、インド北西部に灌漑用水を提供しているインダス川とその支流[ 87 ] 、ロッキー山脈の季節的な積雪から多くの水を得ており、約400万エーカー（160万ヘクタール）に灌漑用水を提供しているコロラド川[ 89 ] [ 90 ]などが挙げられる。
雪は構造物にかかる荷重にとって重要な考慮事項です。これに対処するため、ヨーロッパ諸国では、ユーロコード1：構造物への作用 - パート1-3：一般作用 - 積雪荷重を採用しています。[ 91 ]北米では、ASCEの建築物およびその他の構造物の最小設計荷重が積雪荷重に関するガイダンスを提供しています。[ 92 ]どちらの規格も、予想される最大地中積雪荷重を屋根の設計荷重に変換する方法を採用しています。[ 91 ] [ 92 ]
積雪荷重と着氷は屋根にとって2つの主要な問題です。積雪荷重は、建物が建っている地域の気候に関係しています。着氷は通常、建物や構造物が熱を発生させ、その上の雪を溶かすことによって発生します。[ 93 ]
積雪荷重–建物およびその他の構造物の最小設計荷重では、次の要素を屋根の積雪荷重に変換する方法についてのガイダンスが提供されています。[ 92 ]
地域別の積雪荷重表と、近隣の測定値から標高によって変化する可能性のある積雪荷重を計算する方法論が示されています。ユーロコード1は、ヨーロッパの一部の積雪荷重を表にまとめることから始めて、同様の方法論を使用しています。[ 91 ]
着氷– 屋根は、屋根の雪の下を流れる融雪水が軒先で凍結して発生する氷のダムを避けるように設計する必要もあります。屋根の氷のダムは、傾斜した屋根に積もった雪が溶けて断熱効果のある雪の下を流れ落ち、通常は軒先で氷点下の空気に達すると形成されます。融雪水が氷点下の空気に達すると、氷が蓄積してダムを形成し、その後溶けた雪はダムを通って適切に排水されません。[ 94 ]氷のダムは、建材の損傷、または氷のダムが落下したり、氷のダムを取り除こうとしたりした際の損傷や怪我につながる可能性があります。融解は、断熱効果の高い雪の層の下を熱が屋根を通過することによって発生します。[ 93 ] [ 95 ]
樹木のある地域では、電柱上の配電線は、重く湿った雪で倒れた木による損傷よりも、積雪荷重の影響を受けにくい。[ 96 ]他の地域では、送電線に着氷の「スリーブ」として雪が付着することがある。エンジニアは、kg/m (lb/ft) で測定されるこのような荷重を考慮して設計し、電力会社は、このような付着を引き起こす可能性のある気象の種類を予測する予報システムを持っている。着氷は、手動で除去するか、影響を受けた送電線の区間で十分な短絡を起こして付着物を溶かすことによって除去することができる。[ 97 ] [ 98 ]
雪はスキーやそり滑りなど、多くのウィンタースポーツやレクリエーションに関わっています。一般的な例としては、クロスカントリースキー、アルペンスキー、スノーボード、スノーシュー、スノーモービルなどがあります。スキーやスノーボードなどの用具の設計は、通常、雪の耐荷重力に依存し、雪面との摩擦係数を考慮しています。[ 99 ]
スキーは、冬のレクリエーションの中で圧倒的に最大規模です。1994年時点で、世界中で推定6,500万～7,500万人のスキーヤーがおり、そのうち約5,500万人がアルペンスキーを、残りがクロスカントリースキーをしていました。スキーヤー（全種類）は約3,000万人がヨーロッパに、1,500万人がアメリカに、1,400万人が日本にいました。1996年時点で、スキー場は4,500ヶ所あり、26,000基のリフトが稼働し、年間3億9,000万人のスキーヤーが訪れていたと報告されています。ダウンヒルスキーの主要地域はヨーロッパで、次いで日本とアメリカでした。[ 100 ]
スキーリゾートでは、スキー場にスノーガンを通して水と加圧空気を送り込むことで雪を作る人工降雪にますます頼るようになっている。 [ 101 ]人工降雪は主にスキーリゾートの天然雪を補うために使われる。[ 102 ]これにより、積雪の安定性が向上し、スキーシーズンを晩秋から早春まで延長することができる。雪を作るには低温が必要である。人工降雪の閾値温度は湿度が低下するにつれて上昇する。湿球温度は気温と相対湿度を考慮するため、指標として使用される。人工降雪はエネルギー消費の面で比較的コストがかかるため、その使用は制限される。[ 103 ]
スキーワックスは、摩擦係数を低下させることでスキー（またはその他のランナー）の雪上滑走能力を高めます。摩擦係数は、雪とスキーの両方の特性に依存し、スキーとの摩擦によって雪が溶けることで最適な潤滑量が得られるように調整されます。潤滑量が少なすぎるとスキーが固い雪の結晶と相互作用し、多すぎると融雪水の毛細管現象によってスキーの動きが遅くなります。スキーが滑走するには、まず静止摩擦の最大値に打ち勝つ必要があります。動摩擦（または動的摩擦）は、スキーが雪上を移動しているときに発生します。[ 104 ]
雪は、冬季、高山地帯、または高緯度地域で行われる戦争に影響を与える。主な要因は、降雪中の目標捕捉時の視界不良、雪景色を背景にした目標の視認性の向上、および機械化部隊と歩兵部隊の両方の機動性である。降雪は部隊への補給の兵站を著しく阻害する可能性もある。雪はまた、小火器の射撃に対する遮蔽物や要塞としても機能する。[ 73 ]雪やその他の要因が作戦に影響を与えた注目すべき冬季戦争作戦には、以下のようなものがある。
雪に覆われた地域に固有の植物や動物は、適応する方法を発達させる。植物の適応メカニズムには、凍結適応化学[ 111 ]、休眠、季節的な枯死、種子の生存などがあり、動物の適応メカニズムには、冬眠、断熱、不凍化学、食物の貯蔵、体内の貯蔵物の利用、相互の熱を得るための集団形成などがある。[ 112 ]
雪は植生と主に2つの方法で相互作用します。植生は雪の堆積と保持に影響を与えることができ、逆に、雪の存在は植生の分布と成長に影響を与えることができます。木の枝、特に針葉樹の枝は、降雪を遮り、地面への積雪を防ぎます。木に積もった雪は、地上の雪よりも太陽光と空気の動きにさらされるため、より速く溶けます。木やその他の植物は、そうでなければ風で吹き飛ばされたり、太陽で溶けたりする雪を地面に保持することも促進します。雪は植生にいくつかの方法で影響を与えます。蓄えられた水の存在は成長を促進する可能性がありますが、その下に埋もれた植物にとって、年間の成長の開始は積雪の消失に依存します。さらに、雪崩や融雪による侵食は、地形から植生を洗い流す可能性があります。[ 1 ]
雪は、表面と下の両方で多種多様な動物を支えています。クモ、スズメバチ、甲虫、雪サソリバエ、トビムシなど、多くの無脊椎動物が雪の中で繁栄しています。これらの節足動物は通常、 -5 °C (23 °F)までの温度で活動します。無脊椎動物は、氷点下の温度での生存に関して、耐凍性のあるものと、凍結に弱いため凍結を避けるものの 2 つのグループに分けられます。最初のグループは、体液中に不凍物質を生成する能力により、氷点下の条件下に長時間さらされても生存できるため、耐寒性がある可能性があります。一部の生物は冬の間絶食し、消化管から凍結に弱い内容物を排出します。氷の中の酸素がない状態で生存できる能力は、追加の生存メカニズムです。[ 112 ]
小型脊椎動物は雪の下で活動している。脊椎動物の中では、アルプスサンショウウオは-8 ℃（18 °F）という低温でも雪の中で活動し、春になると地表に穴を掘って出て、雪解け水たまりに卵を産む。哺乳類の中では、活動を続けるものは通常250グラム（8.8オンス）未満である。雑食動物は冬眠状態に入るか冬眠する傾向があり、草食動物は雪の下に食料を蓄える傾向がある。ハタネズミは最大3キログラム（6.6ポンド） 、ナキウサギは最大20キログラム（44ポンド）の食料を蓄える。ハタネズミはまた、互いの暖かさを利用するために共同の巣に身を寄せ合う。地表では、オオカミ、コヨーテ、キツネ、オオヤマネコ、イタチなどがこれらの地中生物を食料として頼りにしており、それらを見つけるために雪の中に潜ることもよくあります。[ 112 ]
地球外の「雪」には、水ベースの降水だけでなく、太陽系の他の惑星や衛星に広く存在する他の化合物の降水も含まれます。例としては、以下のものが挙げられます。
しかし、ウィスコンシン州ウォーソー上空の調査飛行中に雲にさらされたガラスのスライド上に、2 つの結晶が並んで存在していた。
{{cite web}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)高速道路の凍結防止とは、化学的な凝固点降下剤を適時に散布することにより、雪や氷が固まって形成されるのを防ぐ雪や氷の制御方法です。
防氷装置は、着氷状態に入る前にオンになり、氷の形成を防ぐように設計されています。除氷装置は、機体に氷が蓄積し始めた後に氷を除去するように設計されています。
雪と氷は、主に木の枝や電線を重くして切断することで停電を引き起こします。
低気圧システムの温度は二酸化炭素の凝縮点を下回ることが多いため、ガスが凝縮して雪として空から降り、地面に霜として蓄積されます。