M7 Saisonaler Oberflächeneiszyklus

Thema

Der saisonale Eiszyklus besteht in seiner einfachsten Form aus der Ansammlung von Schnee und Eis in den kalten Monaten und deren Schmelze in den wärmeren Monaten. Genau dieser Zyklus beeinflusst maßgeblich den gesamten Wasserkreislauf des Einzugsgebiets: Schnee speichert Niederschlag über Monate und gibt ihn im Frühjahr konzentriert als Schneeschmelze ab. Dadurch entstehen die für schneebedeckte Becken und Gebirgsgletscher so charakteristischen Schmelzwasserabflüsse.

Schnee besitzt zudem einzigartige thermische Eigenschaften innerhalb dieses Systems: Er hat ein sehr hohes Reflexionsvermögen und reflektiert sieben bis neun Zehntel der einfallenden Sonnenstrahlung; seine Wärmeleitfähigkeit ist sehr gering, wodurch er als Isolator für den darunterliegenden Boden wirkt; und schließlich besitzt er eine sehr hohe Schmelzwärme von etwa 334 Kilojoule pro Kilogramm schmelzendem Schnee.

Die Schneeschmelze lässt sich auf zwei Arten berechnen: mithilfe einfacher und effektiver Gradtagsmodelle, bei denen die Schmelzrate proportional zur täglich akkumulierten Lufttemperatur über dem Gefrierpunkt ist; oder mithilfe physikalischerer Energiebilanzmodelle, bei denen die Schmelzrate von der gesamten an der Schneeoberfläche verfügbaren Energie abhängt – Nettostrahlung, fühlbarer Wärmestrom, latenter Wärmestrom und Wärmestrom durch Wärmeleitung, abzüglich der Änderung der im Schnee selbst gespeicherten inneren Energie. Diese Energie muss den gesamten Schnee zunächst auf 0 Grad erwärmen, bevor er schmelzen kann. Das Wasseräquivalent des Schnees beschreibt wiederum, wie viel flüssiges Wasser dieser Schnee darstellen würde, wenn er vollständig schmelzen würde. Die Schneefalle durch Bäume ist in borealen Wäldern von Bedeutung: Bis zu sechs von zehn Teilen des fallenden Schnees können an den Ästen hängen bleiben und durch Sublimation direkt verdunsten, ohne den Boden zu erreichen. Der unter der Schneedecke gefrorene Boden ist ebenfalls nahezu undurchlässig. Genau diese Undurchlässigkeit führt dazu, dass die anfängliche Schneeschmelze im Frühjahr einen deutlich höheren Oberflächenabfluss als üblich verursacht.

Der erwartete Verlauf dieses gesamten saisonalen Eiszyklus umfasst eine kontinuierliche Ansammlung des Wasseräquivalents der Schneedecke während des Winters, einen Höchstwert dieses Wasseräquivalents zum Zeitpunkt der maximalen Ansammlung und einen raschen Abfall während der Schneeschmelze im Frühjahr. Unter Berücksichtigung der thermischen Eigenschaften des Schnees, des Schmelzverhaltens, der Wasseraufnahme durch Bäume und der Undurchlässigkeit des gefrorenen Bodens bedeutet der saisonale Eiszyklus, dass ein erheblicher Teil der Wasserverfügbarkeit eines gesamten Einzugsgebiets letztlich davon abhängt, wie viel Schnee sich im vorangegangenen Winter angesammelt hat.

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