Influence of the snow–soil contact conditions on the depth of ground freezing (based on observations in the Kursk region)

The results of measurements of the ground freezing under a snow cover do not always agree with the calculations. The reason for this may be variability of thermal characteristics of the snow cover which properties depend on the landscape features. One of probable reasons may be also the incomplete c...

Full description

Bibliographic Details
Published in:Ice and Snow
Main Authors: V. Kotlyakov M., A. Sosnovsky V., R. Chernov A., В. Котляков М., А. Сосновский В., Р. Чернов А.
Other Authors: Mathematical modeling was carried out with the financial support of the RFBR grant 18-0560067, numerical experiments and their analysis was carried out according to the framework of fundamental scientific studies within the project reg. № 0148-2019-0004 (АААА-А19-119022190172-5), experimental field studies and experimental data processing were carried out according to the RFBR 17-55-80107 BRICS_a project, Математическое моделирование проводилось при финансовой поддержке гранта РФФИ 18-05-60067, численные эксперименты и их анализ в рамках темы Государственного задания № 0148-2019-0004 (АААА-А19-119022190172-5), экспериментальные исследования в полевых условиях и обработка экспериментальных данных – по проекту РФФИ 17-55-80107 БРИКС_а
Format: Article in Journal/Newspaper
Language:Russian
Published: IGRAS 2019
Subjects:
Online Access:https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/559
https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-2-407
id ftjias:oai:oai.ice.elpub.ru:article/559
record_format openpolar
institution Open Polar
collection Ice and Snow (E-Journal)
op_collection_id ftjias
language Russian
topic air gap
landscape conditions
mathematical modeling
snow cover
ground freezing
thermal conductivity
thermal regime
the snow– soil interface
воздушный зазор
граница снег–почва
ландшафтные условия
математическое моделирование
промерзание почвы
снежный покров
теплопроводность
spellingShingle air gap
landscape conditions
mathematical modeling
snow cover
ground freezing
thermal conductivity
thermal regime
the snow– soil interface
воздушный зазор
граница снег–почва
ландшафтные условия
математическое моделирование
промерзание почвы
снежный покров
теплопроводность
V. Kotlyakov M.
A. Sosnovsky V.
R. Chernov A.
В. Котляков М.
А. Сосновский В.
Р. Чернов А.
Influence of the snow–soil contact conditions on the depth of ground freezing (based on observations in the Kursk region)
topic_facet air gap
landscape conditions
mathematical modeling
snow cover
ground freezing
thermal conductivity
thermal regime
the snow– soil interface
воздушный зазор
граница снег–почва
ландшафтные условия
математическое моделирование
промерзание почвы
снежный покров
теплопроводность
description The results of measurements of the ground freezing under a snow cover do not always agree with the calculations. The reason for this may be variability of thermal characteristics of the snow cover which properties depend on the landscape features. One of probable reasons may be also the incomplete contact between the snow cover and the soil. In autumn, the ground surface is usually covered with fallen leaves or withered grass. Estimates show that, in the presence of such layer on the soil surface, the air gap between snow and soil with the 1 cm thickness has a thermal protection capacity equal to the value of a 10‑centimeter thick layer of snow. Sometimes the presence of local gaps in the snow-soil interface can also be caused by other reason, for example, the spontaneous downfall of a depth hoar layer. The results of field measurements of snow cover characteristics, ground freezing depths and investigation of the contact conditions at the snow-soil interface carried out in different landscapes are presented. The results of mathematical modeling showed that when the air gap between snow and soil is taken into account the calculated values of depth of ground freezing are in a good agreement with data of the measurements. This consideration is especially important for small thicknesses of snow cover with high density and thermal conductivity. Numerical experiments did also show that the snow hardness is the necessary characteristic for analysis of the snow cover state. This provides more accurate estimating of the snow thermal conductivity that is closely connected with its hardness. Приводятся результаты полевых измерений параметров снежного покрова, глубины промерзания почвы и анализа условий на границе снег–почва в разных ландшафтах. Проведено сравнение данных измерений и расчётов по влиянию зазора на границе снег–почва на термический режим почвы и глубину промерзания. Изоляционный слой на границе снег–почва из растительности, опавших листьев и воздуха снижает поток тепла из почвы в атмосферу, что ...
author2 Mathematical modeling was carried out with the financial support of the RFBR grant 18-0560067, numerical experiments and their analysis was carried out according to the framework of fundamental scientific studies within the project reg. № 0148-2019-0004 (АААА-А19-119022190172-5), experimental field studies and experimental data processing were carried out according to the RFBR 17-55-80107 BRICS_a project
Математическое моделирование проводилось при финансовой поддержке гранта РФФИ 18-05-60067, численные эксперименты и их анализ в рамках темы Государственного задания № 0148-2019-0004 (АААА-А19-119022190172-5), экспериментальные исследования в полевых условиях и обработка экспериментальных данных – по проекту РФФИ 17-55-80107 БРИКС_а
format Article in Journal/Newspaper
author V. Kotlyakov M.
A. Sosnovsky V.
R. Chernov A.
В. Котляков М.
А. Сосновский В.
Р. Чернов А.
author_facet V. Kotlyakov M.
A. Sosnovsky V.
R. Chernov A.
В. Котляков М.
А. Сосновский В.
Р. Чернов А.
author_sort V. Kotlyakov M.
title Influence of the snow–soil contact conditions on the depth of ground freezing (based on observations in the Kursk region)
title_short Influence of the snow–soil contact conditions on the depth of ground freezing (based on observations in the Kursk region)
title_full Influence of the snow–soil contact conditions on the depth of ground freezing (based on observations in the Kursk region)
title_fullStr Influence of the snow–soil contact conditions on the depth of ground freezing (based on observations in the Kursk region)
title_full_unstemmed Influence of the snow–soil contact conditions on the depth of ground freezing (based on observations in the Kursk region)
title_sort influence of the snow–soil contact conditions on the depth of ground freezing (based on observations in the kursk region)
publisher IGRAS
publishDate 2019
url https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/559
https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-2-407
long_lat ENVELOPE(-62.366,-62.366,-64.800,-64.800)
geographic Downfall
geographic_facet Downfall
genre Arctic
The Cryosphere
genre_facet Arctic
The Cryosphere
op_source Ice and Snow; Том 59, № 2 (2019); 182-190
Лёд и Снег; Том 59, № 2 (2019); 182-190
2412-3765
2076-6734
10.15356/2076-6734-2019-2
op_relation https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/559/312
Павлов А.В. Мониторинг криолитозоны. Новосибирск: Академическое изд‑во «Гео», 2008. 229 с.
Шерстюков А.Б. Корреляция температуры почвогрунтов с температурой воздуха и высотой снежного покрова на территории России // Криосфера Земли. 2008. Т.ХII. № 1. С.79–87.
Gisnas K., Westermann S., Schuler T.V., Litherland T., Isaksen K., Boike J., Etzelmuller B. A statistical approach to represent small-scale variability of permafrost temperatures due to snow cover // The Cryosphere. 2014. № 8. Р.2063–2074.
Осокин Н.И., Сосновский А.В. Влияние динамики температуры воздуха и высоты снежного покрова на промерзание грунта // Криосфера Земли. 2015. Т.19. № 1. С.99–105.
Осокин Н.И., Сосновский А.В., Накалов П.Р., Ненашев С.В. Термическое сопротивление снежного покрова и его влияние на промерзание грунта // Лёд и Снег. 2013. Т.53. № 1. С.93–103.
Pinzer B.R., Schneebeli M. Snow metamorphism under alternating temperature gradients: Morphology and recrystallization in surface snow // Geophys. Research Letters. 2009. V.36. L23503. doi:10.1029/2009GL039618.
Kamata Y., Sokratov S.A., Sato A. Temperature and temperature gradient dependence of snow recrystallization in depth hoar snow // Advances in Cold Regions Thermal Engineering and Sciences / Еds. K.Hutter, Y.Wang, H.Beer. Verlag: Springer, 1999. Р.395–402.
Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А. Влияние стратиграфии снежного покрова на его термическое сопротивление // Лёд и Снег. 2013. Т.53. № 3. С.63–70. doi:10.15356/2076-6734-2013-3-63-70.
Китаев Л.М., Аблеева В.А., Асаинова Ж.А., Желтухин А.С., Коробов Е.Д. Сезонная динамика температуры воздуха, снегозапасов и промерзания почвы в центральной части Восточно-Европейской равнины // Лёд и Снег. 2017. Т.57. № 4. С.518–526. doi:10.15356/2076-6734-2017-4-518-526.
Florent Domine, Mathieu Barrere, and Denis Sarrazin Seasonal evolution of the effective thermal conductivity of the snow and the soil in high Arctic herb tundra at Bylot Island, Canada // The Cryosphere. 2016. № 10. Р. 2573–2588. www.the-ryosphere.net/10/2573/2016/doi:10.5194/tc-10-2573-2016
Тишков А.А., Осокин Н.И., Сосновский А.В. Влияние синузий мохообразных на деятельный слой арктических почв // Изв. РАН. Серия геогр. 2013. № 3. С.39–46.
Sturm M., Holmgren J., Konig M., Morris K. The thermal conductivity of seasonal snow // Journ. of Glaciology. 1997. V.43. № 143. P.26–41.
Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А. Коэффициент теплопроводности снега и его изменчивость // Криосфера Земли. 2017. Т.XXI. № 3. С.60–68.
Фирц Ш., Армстронг Р.Л., Дюран И., Этхеви П., Грин И., МакКланг Д.М., Нишимура К., Сатьявали П.К., Сократов С.А. Международная классификация для сезонно-выпадающего снега (руководство к описанию снежной толщи и снежного покрова). Русское издание // МГИ. 2012. № 2. 80 с.
Котляков В.М., Сосновский А.В., Осокин Н.И. Оценка коэффициента теплопроводности снега по его плотности и твёрдости на Западном Шпицбергене // Лёд и Снег. 2018. Т.58. № 3. С.343–352. doi:10.15356/2076-6734-2018-3-343-352.
Осокин Н.И., Сосновский А.В. Влияние динамики температуры воздуха и высоты снежного покрова на промерзание грунта // Криосфера Земли. 2015. Т.XIX. № 1. С.99–105.
СНиП 2.02.04–88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Минстрой России. М.: ГУП ЦПП, 1997. 52 с.
https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/559
doi:10.15356/2076-6734-2019-2-407
op_rights Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access).
Авторы, публикующие статьи в данном журнале, соглашаются на следующее:Авторы сохраняют за собой авторские права и предоставляют журналу право первой публикации работы, которая по истечении 6 месяцев после публикации автоматически лицензируется на условиях Creative Commons Attribution License , что позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Редакция журнала будет размещать принятую для публикации статью на сайте журнала до выхода её в свет (после утверждения к печати редколлегией журнала). Авторы также имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access).
op_rightsnorm CC-BY
op_doi https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-2-407
https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-2
https://doi.org/10.1029/2009GL039618
https://doi.org/10.15356/2076-6734-2013-3-63-70
https://doi.org/10.15356/2076-6734-2017-4-518-526
https://doi.org/10.519
container_title Ice and Snow
container_volume 59
container_issue 2
container_start_page 182
op_container_end_page 190
_version_ 1766302521665519616
spelling ftjias:oai:oai.ice.elpub.ru:article/559 2023-05-15T14:28:21+02:00 Influence of the snow–soil contact conditions on the depth of ground freezing (based on observations in the Kursk region) Влияние условий на контакте снег–почва на глубину её промерзания (по наблюдениям в Курской области) V. Kotlyakov M. A. Sosnovsky V. R. Chernov A. В. Котляков М. А. Сосновский В. Р. Чернов А. Mathematical modeling was carried out with the financial support of the RFBR grant 18-0560067, numerical experiments and their analysis was carried out according to the framework of fundamental scientific studies within the project reg. № 0148-2019-0004 (АААА-А19-119022190172-5), experimental field studies and experimental data processing were carried out according to the RFBR 17-55-80107 BRICS_a project Математическое моделирование проводилось при финансовой поддержке гранта РФФИ 18-05-60067, численные эксперименты и их анализ в рамках темы Государственного задания № 0148-2019-0004 (АААА-А19-119022190172-5), экспериментальные исследования в полевых условиях и обработка экспериментальных данных – по проекту РФФИ 17-55-80107 БРИКС_а 2019-06-10 application/pdf https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/559 https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-2-407 rus rus IGRAS https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/559/312 Павлов А.В. Мониторинг криолитозоны. Новосибирск: Академическое изд‑во «Гео», 2008. 229 с. Шерстюков А.Б. Корреляция температуры почвогрунтов с температурой воздуха и высотой снежного покрова на территории России // Криосфера Земли. 2008. Т.ХII. № 1. С.79–87. Gisnas K., Westermann S., Schuler T.V., Litherland T., Isaksen K., Boike J., Etzelmuller B. A statistical approach to represent small-scale variability of permafrost temperatures due to snow cover // The Cryosphere. 2014. № 8. Р.2063–2074. Осокин Н.И., Сосновский А.В. Влияние динамики температуры воздуха и высоты снежного покрова на промерзание грунта // Криосфера Земли. 2015. Т.19. № 1. С.99–105. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Накалов П.Р., Ненашев С.В. Термическое сопротивление снежного покрова и его влияние на промерзание грунта // Лёд и Снег. 2013. Т.53. № 1. С.93–103. Pinzer B.R., Schneebeli M. Snow metamorphism under alternating temperature gradients: Morphology and recrystallization in surface snow // Geophys. Research Letters. 2009. V.36. L23503. doi:10.1029/2009GL039618. Kamata Y., Sokratov S.A., Sato A. Temperature and temperature gradient dependence of snow recrystallization in depth hoar snow // Advances in Cold Regions Thermal Engineering and Sciences / Еds. K.Hutter, Y.Wang, H.Beer. Verlag: Springer, 1999. Р.395–402. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А. Влияние стратиграфии снежного покрова на его термическое сопротивление // Лёд и Снег. 2013. Т.53. № 3. С.63–70. doi:10.15356/2076-6734-2013-3-63-70. Китаев Л.М., Аблеева В.А., Асаинова Ж.А., Желтухин А.С., Коробов Е.Д. Сезонная динамика температуры воздуха, снегозапасов и промерзания почвы в центральной части Восточно-Европейской равнины // Лёд и Снег. 2017. Т.57. № 4. С.518–526. doi:10.15356/2076-6734-2017-4-518-526. Florent Domine, Mathieu Barrere, and Denis Sarrazin Seasonal evolution of the effective thermal conductivity of the snow and the soil in high Arctic herb tundra at Bylot Island, Canada // The Cryosphere. 2016. № 10. Р. 2573–2588. www.the-ryosphere.net/10/2573/2016/doi:10.5194/tc-10-2573-2016 Тишков А.А., Осокин Н.И., Сосновский А.В. Влияние синузий мохообразных на деятельный слой арктических почв // Изв. РАН. Серия геогр. 2013. № 3. С.39–46. Sturm M., Holmgren J., Konig M., Morris K. The thermal conductivity of seasonal snow // Journ. of Glaciology. 1997. V.43. № 143. P.26–41. Осокин Н.И., Сосновский А.В., Чернов Р.А. Коэффициент теплопроводности снега и его изменчивость // Криосфера Земли. 2017. Т.XXI. № 3. С.60–68. Фирц Ш., Армстронг Р.Л., Дюран И., Этхеви П., Грин И., МакКланг Д.М., Нишимура К., Сатьявали П.К., Сократов С.А. Международная классификация для сезонно-выпадающего снега (руководство к описанию снежной толщи и снежного покрова). Русское издание // МГИ. 2012. № 2. 80 с. Котляков В.М., Сосновский А.В., Осокин Н.И. Оценка коэффициента теплопроводности снега по его плотности и твёрдости на Западном Шпицбергене // Лёд и Снег. 2018. Т.58. № 3. С.343–352. doi:10.15356/2076-6734-2018-3-343-352. Осокин Н.И., Сосновский А.В. Влияние динамики температуры воздуха и высоты снежного покрова на промерзание грунта // Криосфера Земли. 2015. Т.XIX. № 1. С.99–105. СНиП 2.02.04–88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. Минстрой России. М.: ГУП ЦПП, 1997. 52 с. https://ice-snow.igras.ru/jour/article/view/559 doi:10.15356/2076-6734-2019-2-407 Authors who publish with this journal agree to the following terms:Authors retain copyright and grant the journal right of first publication with the work simultaneously licensed under a Creative Commons Attribution License that allows others to share the work with an acknowledgement of the work's authorship and initial publication in this journal.Authors are able to enter into separate, additional contractual arrangements for the non-exclusive distribution of the journal's published version of the work (e.g., post it to an institutional repository or publish it in a book), with an acknowledgement of its initial publication in this journal.Authors are permitted and encouraged to post their work online (e.g., in institutional repositories or on their website) prior to and during the submission process, as it can lead to productive exchanges, as well as earlier and greater citation of published work (See The Effect of Open Access). Авторы, публикующие статьи в данном журнале, соглашаются на следующее:Авторы сохраняют за собой авторские права и предоставляют журналу право первой публикации работы, которая по истечении 6 месяцев после публикации автоматически лицензируется на условиях Creative Commons Attribution License , что позволяет другим распространять данную работу с обязательным сохранением ссылок на авторов оригинальной работы и оригинальную публикацию в этом журнале.Редакция журнала будет размещать принятую для публикации статью на сайте журнала до выхода её в свет (после утверждения к печати редколлегией журнала). Авторы также имеют право размещать их работу в сети Интернет (например в институтском хранилище или персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу (См. The Effect of Open Access). CC-BY Ice and Snow; Том 59, № 2 (2019); 182-190 Лёд и Снег; Том 59, № 2 (2019); 182-190 2412-3765 2076-6734 10.15356/2076-6734-2019-2 air gap landscape conditions mathematical modeling snow cover ground freezing thermal conductivity thermal regime the snow– soil interface воздушный зазор граница снег–почва ландшафтные условия математическое моделирование промерзание почвы снежный покров теплопроводность info:eu-repo/semantics/article info:eu-repo/semantics/publishedVersion 2019 ftjias https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-2-407 https://doi.org/10.15356/2076-6734-2019-2 https://doi.org/10.1029/2009GL039618 https://doi.org/10.15356/2076-6734-2013-3-63-70 https://doi.org/10.15356/2076-6734-2017-4-518-526 https://doi.org/10.519 2022-12-20T13:30:18Z The results of measurements of the ground freezing under a snow cover do not always agree with the calculations. The reason for this may be variability of thermal characteristics of the snow cover which properties depend on the landscape features. One of probable reasons may be also the incomplete contact between the snow cover and the soil. In autumn, the ground surface is usually covered with fallen leaves or withered grass. Estimates show that, in the presence of such layer on the soil surface, the air gap between snow and soil with the 1 cm thickness has a thermal protection capacity equal to the value of a 10‑centimeter thick layer of snow. Sometimes the presence of local gaps in the snow-soil interface can also be caused by other reason, for example, the spontaneous downfall of a depth hoar layer. The results of field measurements of snow cover characteristics, ground freezing depths and investigation of the contact conditions at the snow-soil interface carried out in different landscapes are presented. The results of mathematical modeling showed that when the air gap between snow and soil is taken into account the calculated values of depth of ground freezing are in a good agreement with data of the measurements. This consideration is especially important for small thicknesses of snow cover with high density and thermal conductivity. Numerical experiments did also show that the snow hardness is the necessary characteristic for analysis of the snow cover state. This provides more accurate estimating of the snow thermal conductivity that is closely connected with its hardness. Приводятся результаты полевых измерений параметров снежного покрова, глубины промерзания почвы и анализа условий на границе снег–почва в разных ландшафтах. Проведено сравнение данных измерений и расчётов по влиянию зазора на границе снег–почва на термический режим почвы и глубину промерзания. Изоляционный слой на границе снег–почва из растительности, опавших листьев и воздуха снижает поток тепла из почвы в атмосферу, что ... Article in Journal/Newspaper Arctic The Cryosphere Ice and Snow (E-Journal) Downfall ENVELOPE(-62.366,-62.366,-64.800,-64.800) Ice and Snow 59 2 182 190