Толщина снегового покрова снип: Ошибка выполнения

09.04.1970 By alexxlab Разное Комментариев нет

Содержание

расчет и нормативное значение по СНиП

При строительстве крыши одним из важных технических решений является расчет максимальной снеговой нагрузки, определяющий конструкцию стропильной системы, толщину элементов несущей конструкции. Для России нормативное значение снеговой нагрузки находится по специальной формуле с учетом района местонахождения дома и норм СНиП. Для снижения вероятности последствий от чрезмерного веса снежной массы, при проектировании кровли обязательно выполняют расчет значения нагрузки. Особое внимание уделяется необходимости установки снегозадержателей, препятствующих схождению снега со свеса крыши.

Кроме оказания чрезмерной нагрузки на крышу, снежная масса, иногда, является причиной протечек в кровле. Так, при образовании полосы наледи, свободный сток воды становится невозможным и талый снег вероятней всего попадет в подкровельное пространство. Самые большие снегопады приходятся на долю горных районов, где снежный покров достигает нескольких метров в высоту.

Но, наиболее негативные последствия от нагрузки происходят при периодическом оттаивании, наледи и промерзании. При этом возможны деформации кровельных материалов, неправильная работа водосточной системы и лавинообразный поток снега с крыши дома.

Факторы влияния снеговой нагрузки

При расчете нагрузки от снежных масс на скатную кровлю следует учитывать тот факт, что до 5% массы снега испаряется в течение суток. В это время он может сползать, сдуваться ветром, покрываться настом. Вследствие этих трансформаций возникают следующие негативные последствия:

нагрузка от слоя снега на несущую конструкцию кровли имеет свойство возрастать в несколько раз при резком потеплении с последующим морозом; это вызывает превышение нагрузки, расчет которой выполнялся некорректно; стропильная система, гидроизоляция и теплоизоляция при этом подвергаются деформациям;

кровля сложной формы с многочисленными примыканиями, переломами и другими архитектурными особенностями, имеет свойство собирать снег; это способствует неравномерной нагрузке, что не всегда учитывается при расчете;

снег, который сползает к карнизу, собирается возле краев и предоставляет опасность для человека; по этой причине в районах с большим количеством осадков рекомендуется заблаговременно устанавливать снегозадержатели;
сползание снега с карниза может повредить водосточную систему; во избежание этого нужно своевременно очищать крышу или применять снегозадержатели.

Способы очистки крыши от снега

Целесообразным выходом из ситуации является ручная очистка. Но, исходя из безопасности для человека, выполнять подобные работы крайне опасно. По этой причине расчет нагрузки оказывает значительное влияние на конструкцию кровли, стропильной системы и других элементов крыши. Давно известно, что чем круче скаты, тем меньше снега задержится на крыше. В регионах с большим количеством осадков в зимний период года угол наклона кровли составляет от 45° до 60°. При этом расчет показывает, что большое количество примыканий и сложных соединений обеспечивает неравномерную нагрузку.

Для предотвращения образования сосулек и наледи применяют системы кабельного обогрева. Нагревательный элемент устанавливают по периметру крыши прямо перед водосточным желобом. Для управления системой подогрева используют автоматическую систему управления или вручную контролируют весь процесс.

Расчет массы снега и нагрузки по СНиП

, а в мокром состоянии его масса достигает 300 кг/м³. Зная эти величины, достаточно просто можно рассчитать нагрузку на всю площадь, руководствуясь всего лишь толщиной снегового слоя.

Толщина покрова должна измеряться на открытом участке, после чего это значение умножают на коэффициент запаса — 1,5. Для учета региональных особенностей местности в России используют специальную карту снеговой нагрузки. На её основе построены требования СНиП и других правил. Полная снеговая нагрузка на крышу рассчитывается при помощи формулы:

S=S_расч.×μ;

где S – полная снеговая нагрузка;

S_расч. – расчетное значение веса снега на 1 м² горизонтальной поверхности земли;

μ – расчетный коэффициент, учитывающий наклон кровли.

На территории России расчетное значение веса снега на 1м² в соответствии со СНиП принимается по специальной карте, которая представлена ниже.

СНиП оговаривает следующие значения коэффициента μ:

при уклоне крыши менее, чем 25° его значение равняется единице;
при величине уклона от 25° до 60° он имеет значение 0,7;
если уклон составляет более 60° , расчетный коэффициент не учитывается при расчете нагрузки.

Друзья, У-ра, свершилось и мы рады представить вам онлайн калькулятор для расчета снеговой и ветровой нагрузки, теперь вам не нужно ничего прикидывать на листочке или в уме, все просто указал свои параметры и получил сразу нагрзку. Кроме этого калькулятор умеет считать глубину промерзания грунта, если вам известен его тип. Вот ссылка на калькулятор -> Онлайн Калькулятор снеговой и ветровой нагрузки. Кроме этого у нас появилось много других строительных калькуляторов посмотреть список всех вы можете на этой странице: Строительные калькуляторы

Наглядный пример расчета

Возьмем кровлю дома, который находится в Московской области и имеет уклон 30°. В этом случае СНиП оговаривает следующий порядок производства расчета нагрузки:

По карте районов России определяем, что Московский регион находится в 3-м климатическом районе, где нормативное значение снеговой нагрузки составляет 180 кг/м².
По формуле из СНиП определяем полную нагрузку:180×0,7=126 кг/м².
Зная нагрузку от снежной массы, делаем расчет стропильной системы, которая подбирается исходя из максимальных нагрузок.

Установка снегозадержателей

Если расчет выполнен правильно, тогда снег с поверхности крыши можно не убирать. А для борьбы с его сползанием с карниза используют снегозадержатели. Они очень удобны в эксплуатации и освобождают от необходимости удаления снега с кровли дома. В стандартном варианте применяют трубчатые конструкции, которые способны работать, если нормативная снеговая нагрузка не превышает 180 кг/м². При более плотном весе используют установку снегозадержателей в несколько рядов. СНиП оговаривает случаи использования снегозадержателей:

при уклоне 5% и более с наружным водостоком;
снегозадержатели устанавливают на расстоянии 0,6-1,0 метра от края кровли;
при эксплуатации трубчатых снегозадержателей под ними должна предусматриваться сплошная обрешетка крыши.

Также СНиП описывает основные конструкции и геометрические размеры снегозадержателей, места их установки и принцип действия.

Плоские кровли

На плоской горизонтальной поверхности скапливается максимально возможное количество снега. Расчет нагрузок в этом случае должен обеспечивать необходимый запас прочности несущей конструкции. Плоские горизонтальные крыши практически не строят в районах России с большим количеством атмосферных осадков. Снег может скапливаться на их поверхности и создавать чрезмерно большую нагрузку, которая не учитывалась при расчете. При организации водосточной системы с горизонтальной поверхности прибегают к установке подогрева, который обеспечивает стекание воды с крыши.

Уклон в сторону водосточной воронки должен быть не менее 2°, что даст возможность собирать воду со всей кровли.

При строительстве навеса для беседки, стоянки автомобиля, дачного домика особое внимание уделяют расчету нагрузки. Навес в большинстве случаев имеет бюджетную конструкцию, которая не предусматривает влияния больших нагрузок. С целью увеличения надежности эксплуатации навеса используют сплошную обрешетку, усиленные стропила и другие конструктивные элементы. Используя результаты расчета можно получить заведомо известное значение нагрузки и использовать для строительства навеса материалы необходимой жесткости.

Расчет основных нагрузок дает возможность оптимально подойти к вопросу выбора конструкции стропильной системы. Это обеспечит длительную службу кровельного покрытия, повысит его надежность и безопасность эксплуатации. Установка возле карниза снегозадержателей позволяет обезопасить людей от сползания опасных для человека снежных масс. В дополнение к этому отпадает необходимость ручной очистки. Комплексный подход в проектировании кровли также включает вариант монтажа системы кабельного обогрева, которая будет обеспечивать стабильную работу водосточной системы при любой погоде.

СП 20.13330.2016 СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия — DWGFORMAT

Область применения

Свод правил устанавливает требования по назначению нагрузок, воздействий и их сочетаний, учитываемых при расчетах зданий и сооружений по предельным состояниям первой и второй групп, в соответствии с положениями ГОСТ 27751.

Содержание

1 Область применения
2 Нормативные ссылки
3 Термины и определения
4 Общие положения
5 Классификация нагрузок

6 Сочетания нагрузок
7 Вес конструкций и грунтов
8 Нагрузки от оборудования, людей, животных, складируемых материалов и изделий, транспортных средств
8.1 Определение нагрузок от оборудования, складируемых материалов и изделий
8.2 Равномерно распределенные нагрузки
8.3 Сосредоточенные нагрузки и нагрузки на перила
8.4 Нагрузки от транспортных средств
9 Нагрузки от мостовых и подвесных кранов
10 Снеговые нагрузки
11 Воздействия ветра
11.1 Основная ветровая нагрузка
11.2 Пиковая ветровая нагрузка
11.3 Резонансное вихревое возбуждение
12 Гололедные нагрузки
13 Температурные климатические воздействия
14 Прочие нагрузки
15 Прогибы и перемещения
15.1 Общие указания
15.2 Предельные прогибы
Приложение А Мостовые и подвесные краны
Приложение Б Схемы снеговых нагрузок и коэффициенты и
Приложение В Ветровые нагрузки
Приложение Г Средняя многолетняя температура почвы на глубинах (по вытяжным термометрам)
Приложение Д Прогибы и перемещения
Приложение Е Карты районирования территории Российской Федерации по климатическим характеристикам
Библиография
Карта 1. Районирование территории Российской Федерации по весу снегового покрова
Карта 1а. Районирование территории острова Сахалин по весу снегового покрова
Карта 1б. Районирование территории Республики Крым по весу снегового покрова
Карта 2. Районирование территории Российской Федерации по давлению ветра
Дополнения к карте 2. Карты 2а, 2б. 2в, 2г, 2д
Карта 2е. Районирование территории Республики Крым по давлению ветра
Карта 3. Районирование территории Российской Федерации по толщине стенки гололеда
Карта 3а. Районирование территории горного Кавказа по толщине стенки гололеда
Карта 3б. Районирование территории Республики Крым по толщине стенки гололеда
Карта 3в. Районирование территории Приморского края и острова Сахалин по толщине стенки гололеда
Карта 3г. Районирование северной части европейской территории Российской Федерации по толщине стенки гололеда на высоте 200 м
Карта 3д. Районирование северной части европейской территории Российской Федерации по толщине стенки гололеда на высоте 300 м
Карта 3е. Районирование северной части европейской территории Российской Федерации по толщине стенки гололеда на высоте 400 м
Карта 4. Районирование территории Российской Федерации по нормативным значениям минимальной температуры воздуха, градусов Цельсия
Карта 4а. Районирование территории Республики Крым по нормативным значениям минимальной температуры воздуха, градусов Цельсия
Карта 5. Районирование территории Российской Федерации по нормативным значениям максимальной температуры воздуха, градусов Цельсия
Карта 5а. Районирование территории Республики Крым по нормативным значениям максимальной температуры воздуха, градусов Цельсия

Поделиться в социальных сетях

Ещё записи из рубрики «» Великая Ливийская река

Самый масштабный проект в истории Одним из самых масштабных инженерно технических сооружений в…

Расчеты снеговой нагрузки на тентовые конструкции

Снеговой район

Лето закончилось и большая часть нашей страны готовится к зиме. Чтобы не лишиться навеса из-за снега (который как всегда выпадет неожиданно)) обратите внимание на свои тентовые конструкции. Ни для кого не секрет, что они чувствительны к ветру и осадкам. Чтобы избежать проблем зимой, готовьте тенты летом. Для правильного расчета снеговой нагрузки узнайте свой снеговой район. Да, оказывается, бывает и такой! Россия поделена на восемь районов от минимального уровня снежного покрова до максимального 1 — 8.

Расчет снеговой нагрузки

От толщины этого самого покрова и соответственно веса снега зависит расчет снеговой нагрузки, необходимость усиления тентовых конструкций, подбор вида тентовой ткани и материала каркаса, вплоть до диаметра труб перекрытий. Конструкции подбираются по гибкости и прочности, позволяющей выдержать давление снега, наледи и различного мусора, который нанесет непогода. Тентовая ткань подбирается не только по принципу прочности, но и «скользскости» поверхности. Это позволяет снегу и наледи скатываться вниз, снижая давление на конструкцию. Чтобы посчитать снеговую нагрузку, придется вспомнить азы физики, потому что, как ни странно, снеговая нагрузка рассчитывается по формуле: S=Sg*µ

S — собственно снеговая нагрузка

Sg — вес снежного покрова в квадратных метрах из таблицы снеговых нагрузок

µ — угол наклона ската кровли из таблицы принятых значений

Таблица снеговых нагрузок

Cнеговой район	1	2	3	4	5	6	7	8
Cнеговая нагрузка кг м2	70	140	210	280	350	420	490	560

Угол наклона ската кровли

меньше 25 градусов	µ=1
о 25 до 60 градусов	µ=0,7
более 60 градусов	µ=1

Снеговая нагрузка СНиП

С 04.07.2017 года введен в действие новый СНиП 2.01.07-85. В новой редакции существенно повышен вес снежного покрова в некоторых снеговых районах. Следовательно должны быть увеличены запасы прочности конструкций. Изменения коснулись большинства районов и выросли на 17% по сравнению с предыдущими показателями. Скачать СНиП 2.01.07-85

Снеговая нагрузка СП

Актуальное СП 20.13330.2016 «Нагрузка и воздействия» носит лишь рекомендательный характер, и во многом дублирует последний СНиП. Но из Свода Правил 20.13330.2016 можно почерпнуть классификации и сочетание нагрузок, узнать о принятом весе конструкций и грунтов, получить рекомендации по распределению нагрузки и ознакомиться с отдельным разделом 10 по снеговым нагрузкам. Скачать СП 20.13330.2016 «Нагрузка и воздействия»

Снеговая нагрузка на кровлю

Зима близко! Соблюдение СНиПа 2.01.07-85 гарантирует безопасное использование тентовых конструкций, ангаров и прочих каркасов для тента в холодное время. Позволяет сэкономить на реконструкции этих сооружений и прочих расходах по устранению обрушений и ремонту оборудования.

Но и без СниПов, СП и прочих серьёзных документов можно уверенно сказать:

Избыточное давление снега приводит к обрушению кровли здания!

Карта снеговых нагрузок

Не откладывайте на потом, заранее узнайте свой снеговой район по карте снеговых нагрузок и убедитесь, что ваша конструкция в безопасности, чтобы в начале зимы не пенять на Гидромецентр и неожиданные осадки.

Снеговая нагрузка по районам таблица

Если удобнее сориентироваться по списку, найдите его в таблице городов.

Город	Снеговой район
Майкоп	II
Уфа	V
Улан-Удэ	II
Горно-Алтайск	IV
Махачкала	I
Магас	I
Нальчик	I
Элиста	II
Черкесск	II
Петрозаводск	IV
Сыктывкар	V
Йошкар-Ола	IV
Саранск	III
Якутск	II
Владикавказ	I
Казань	IV
Кызыл	I
Ижевск	V
Абакан	II
Грозный	I
Чебоксары	IV
Барнаул	III
Краснодар	III
Красноярск	III
Владивосток	II
Ставрополь	II
Хабаровск	II
Благовещенск	I
Архангельск	IV
Астрахань	I
Белгород	III
Брянск	III
Владимир	III
Волгоград	II
Вологда	IV
Воронеж	III
Иваново	IV
Иркутск	II
Калининград	II
Калуга	III
Петропавловск-Камчатский	VIII
Кемерово	IV
Киров	V
Кострома	IV
Курган	III
Курск	III
Санкт-Петербург	III
Липецк	III
Магадан	IV
Москва	III
Мурманск	V
Нижний Новгород	IV
Великий Новгород	III
Новосибирск	III
Омск	III
Оренбург	III
Орел	III
Пенза	III
Пермь	V
Псков	III
Ростов-на-Дону	II
Рязань	III
Самара	IV
Саратов	III
Южно-Сахалинск
Екатеринбург	III
Смоленск	III
Тамбов	III
Тверь	III
Томск	IV
Тула	III
Тюмень	III
Ульяновск	IV
Челябинск	III
Чита	I
Ярославль	IV
Биробиджан	II
Воркута	VIII
Нарьян-Мар	V
Ханты-Мансийск	IV
Анадырь	II
Салехард	IV

Если не уверены в безопасности своей тентовой конструкции, обратитесь к специалистам ТД «Автопак». Мы всегда поможем рассчитать нагрузки, подобрать материал тента и каркаса. А вы получите гарантию от мастеров своего дела и надежного партнера на будущее.

расчет и нормативное значение по СНиП. Лёгкий метод расчёта снеговой нагрузки на крышу

Сколько весит снег?

Всем, кому приходилось убирать снег лопатой, хорошо известно, что снег бывает и очень легким и неимоверно тяжелым.

Пушистый легкий снежок, выпавший в относительно морозную погоду с температурой воздуха около -10˚C имеет плотность порядка 100 кг/м3.

В конце осени и в начале зимы удельный вес снега, лежащего на горизонтальных и слабо наклонных поверхностях, обычно составляет 160±40 кг/м3.

В моменты продолжительных оттепелей удельный вес снега существенно начинает расти (снег «садится» как весной), достигая иногда значений в 700 кг/м3. Именно поэтому в более теплых районах плотность снега всегда больше, чем в холодных северных местностях.

К середине зимы снег уплотняется под действием солнца, ветра и от давления верхних слоев сугробов на нижние слои. Удельный вес становится равным 280±70 кг/м3.

К концу зимы под действием более интенсивного солнца и февральских ветров плотность снежного наста может стать равной 400±100 кг/м3, иногда достигая 600 кг/м3.

Весной перед обильным таянием удельный вес «мокрого» снега может быть 750±100 кг/м3, приближаясь к плотности льда — 917 кг/м3.

Снег, который сгребли в кучи, перебросили с места на место, увеличивает в 2 раза свой удельный вес.

Наиболее вероятная среднестатистическая плотность «сухого» уплотнившегося снега находится в пределах 200…400 кг/м3.

Для получения информации о выходе новых статей и для возможности скачивать рабочие файлы программ прошу вас подписаться на анонсы в окне, расположенном в конце статьи или в окне вверху страницы.

Убирать снег с крыш или нет?

Необходимо понимать простую вещь – масса снега, лежащего на крыше, при отсутствии снегопадов остается неизменной независимо от плотности!!! То есть то, что снег «стал тяжелее» нагрузку на кровлю не увеличило!!!

Опасность заключается в том, что слой рыхлого снега может впитать в себя, как губка, осадки в виде дождя. Вот тогда общая масса воды в разных своих видах, находящаяся на крыше, резко возрастет — особенно при отсутствии стока, а это очень опасно.

Для корректного ответа на вопрос об уборке снега с крыши необходимо знать, на какую нагрузку она спроектирована и построена. Необходимо знать — какое давление распределенной нагрузки — сколько килограммов на квадратный метр – крыша реально может держать до начала недопустимых деформаций конструкции.

Для объективного ответа на этот вопрос необходимо обследовать крышу, составить новую или подтвердить проектную расчетную схему, выполнить новый расчет или взять результаты старого проектного. Далее следует опытным путем определить плотность снега – для этого вырезается образец, взвешивается и считается его объем, а далее – удельный вес.

Если, к примеру, кровля по расчетам должна выдерживать удельное давление 200 кг/м2, плотность снега, определенная опытным путем составляет 200 кг/м3, то это означает, что снеговые сугробы не должны быть глубиной более 1 м.

При наличии на кровле снегового покрытия глубиной более 0,2…0,3 м и высокой вероятности дождя с последующим похолоданием, необходимо принять меры по сбросу снега.

Чем опасны снеговые нагрузки?

Атмосферные осадки, в особенности снег, скапливающий на кровле, оказывают на неё существенное давление. Как может показаться, чем севернее дом, тем оно больше. Это так лишь отчасти. Дело в том, что из-за частых перепадов температур с положительных на отрицательные на крыше образуется ещё и лёд. Такие глыбы существенно тяжелее. Кроме того, вес мокрого снега может превышать вес обычного в три раза! Нетрудно догадаться, что под его воздействием может деформироваться конструкция крыши.

Последствия протечек из-за неправильного расчёта и монтажа крыши

Помимо этого, большие объёмы снега и льда могут повредить водостоки, а также представлять опасность для имущества, здоровья и даже жизни человека. Специально для этого в систему безопасности кровли входят снегозадержатели, способствующие равномерному оттоку воды с поверхности крыши.

Как снег влияет на кровлю

Понятно, что выпавший на поверхность кровли снег имеет массу, что создает давление на всю систему. Однако создаваемая нагрузка неравномерна и постоянно изменяется.

В течение холодного времени года снежный покров возрастает. Но главная опасность в чередовании оттепелей и заморозков, в результате которых возрастает масса даже одного слоя.

На заметку Стоит знать, что оттаивание и замерзание снега уплотняет его, и как следствие растет масса.

Снежный покров не является статичным, он находится в постоянном движении: сползает со скатов, сдувается ветром. Следствием этого на различных участках крыши давление распределяется неравномерно. В особенности этот фактор проявляется на кровлях с нестандартными конфигурациями (так называемые ломаные типы).
Так как снег сползает по скату, его большая масса скопляется на свесах, что также не влияет благотворно на кровельную конструкцию.
Снеговой покров создает воздействия не только на сам кровельный настил и стропильную систему, но и на водостоки, результатом чего часто является обрушение последних.

Чтобы устранить или снизить неблагоприятное влияние снеговой нагрузки на крыши, разработана целая концепция решения проблемы. Она включает в себя очистку поверхности на уже имеющихся накрытиях, изменение конструкций, или расчет, и закладку определенных свойств еще на этапе проекта возводящегося дома.

Факторы влияния снеговой нагрузки

- нагрузка от слоя снега на несущую конструкцию кровли имеет свойство возрастать в несколько раз при резком потеплении с последующим морозом; это вызывает превышение нагрузки, расчет которой выполнялся некорректно; стропильная система, гидроизоляция и теплоизоляция при этом подвергаются деформациям;
- кровля сложной формы с многочисленными примыканиями, переломами и другими архитектурными особенностями, имеет свойство собирать снег; это способствует неравномерной нагрузке, что не всегда учитывается при расчете;

снег, который сползает к карнизу, собирается возле краев и предоставляет опасность для человека; по этой причине в районах с большим количеством осадков рекомендуется заблаговременно устанавливать снегозадержатели;
сползание снега с карниза может повредить водосточную систему; во избежание этого нужно своевременно очищать крышу или применять снегозадержатели.

Способы очистки крыши от снега

Для предотвращения образования сосулек и наледи применяют системы кабельного обогрева. Нагревательный элемент устанавливают по периметру крыши прямо перед водосточным желобом. Для управления системой подогрева используют автоматическую систему управления или вручную контролируют весь процесс.

Расчет массы снега и нагрузки по СНиП

При снегопаде нагрузка может деформировать элементы несущей конструкции дома, стропильную систему, кровельные материалы. С целью предотвращения этого на стадии проектирования выполняют расчет конструкции в зависимости от воздействия нагрузки. В среднем снег весит порядка 100кг/м3, а в мокром состоянии его масса достигает 300 кг/м3. Зная эти величины, достаточно просто можно рассчитать нагрузку на всю площадь, руководствуясь всего лишь толщиной снегового слоя.

S=Sрасч.×μ;

где S – полная снеговая нагрузка;

Sрасч. – расчетное значение веса снега на 1 м2 горизонтальной поверхности земли;

μ – расчетный коэффициент, учитывающий наклон кровли.

На территории России расчетное значение веса снега на 1м2 в соответствии со СНиП принимается по специальной карте, которая представлена ниже.

СНиП оговаривает следующие значения коэффициента μ:

при уклоне крыши менее, чем 25° его значение равняется единице;
при величине уклона от 25° до 60° он имеет значение 0,7;
если уклон составляет более 60° , расчетный коэффициент не учитывается при расчете нагрузки.

Друзья, У-ра, свершилось и мы рады представить вам онлайн калькулятор для расчета снеговой и ветровой нагрузки, теперь вам не нужно ничего прикидывать на листочке или в уме, все просто указал свои параметры и получил сразу нагрзку. Кроме этого калькулятор умеет считать глубину промерзания грунта, если вам известен его тип. Вот ссылка на калькулятор -> Онлайн Калькулятор снеговой и ветровой нагрузки. Кроме этого у нас появилось много других строительных калькуляторов посмотреть список всех вы можете на этой странице: Строительные калькуляторы

Наглядный пример расчета

По карте районов России определяем, что Московский регион находится в 3-м климатическом районе, где нормативное значение снеговой нагрузки составляет 180 кг/м2.
По формуле из СНиП определяем полную нагрузку:180×0,7=126 кг/м2.
Зная нагрузку от снежной массы, делаем расчет стропильной системы, которая подбирается исходя из максимальных нагрузок.

Установка снегозадержателей

Если расчет выполнен правильно, тогда снег с поверхности крыши можно не убирать. А для борьбы с его сползанием с карниза используют снегозадержатели. Они очень удобны в эксплуатации и освобождают от необходимости удаления снега с кровли дома. В стандартном варианте применяют трубчатые конструкции, которые способны работать, если нормативная снеговая нагрузка не превышает 180 кг/м2. При более плотном весе используют установку снегозадержателей в несколько рядов. СНиП оговаривает случаи использования снегозадержателей:

при уклоне 5% и более с наружным водостоком;
снегозадержатели устанавливают на расстоянии 0,6-1,0 метра от края кровли;
при эксплуатации трубчатых снегозадержателей под ними должна предусматриваться сплошная обрешетка крыши.

Плоские кровли

Уклон в сторону водосточной воронки должен быть не менее 2°, что даст возможность собирать воду со всей кровли.

Типы нагрузок на кровлю

Основными и наиболее опасными воздействиями на кровлю и на всю конструкцию в целом являются:

Снеговые нагрузки.
Ветровые нагрузки.

При этом, снеговые действуют в течение определенных зимних месяцев, отсутствуя в теплое время, тогда как ветер создает воздействие круглый год. Ветровые нагрузки, имея сезонные колебания силы и направления, в той или иной степени присутствуют постоянно и опасны периодически случающимися шквальными усилениями.

Кроме того, интенсивность этих нагрузок имеет разный характер:

Снег создает постоянное статическое давление, которое можно регулировать путем очистки крыши и удаления скоплений. Направление действующих усилий постоянно и никогда не меняется.
Ветер действует непостоянно, рывками, внезапно усиливаясь или утихая. Направление может изменяться, что заставляет все конструкции крыши иметь солидный запас прочности.

Внезапный сход с крыши больших масс снега может причинить ущерб имуществу или людям, оказавшимся в местах падения. Кроме того, периодически случаются кратковременные, но чрезвычайно разрушительные атмосферные явления — ураганные ветра, сильные снегопады, особенно опасные при наличии мокрого снега, который на порядок тяжелее обычного. Предсказать дату таких событий практически невозможно и в качестве защитных мер можно лишь увеличивать прочность и надежность кровли и стропильной системы.

Сбор нагрузок на кровлю

Зависимость нагрузок от угла наклона крыши

Угол наклона крыши определяет площадь и мощность контакта кровли с ветром и снегом. При этом, снеговая масса имеет вертикально направленный вектор силы, а ветровое давление, вне зависимости от направления — горизонтальный.

Поэтому, принимая угол наклона более крутым, можно снизить давление снежных масс, а иногда и полностью исключить возникновение скоплений снега, но, при этом, увеличивается «парусность» крыши, ветровые напряжения возрастают.

ВАЖНО!Это обстоятельство вынуждает искать «золотую середину», то есть — оптимальный угол наклона кровли, максимально снижающий снеговое давление и, при этом, создающий как можно меньшее препятствие для ветра.

Очевидно, что для снижения ветровых нагрузок идеальной была бы плоская кровля, тогда как именно она не позволит скатываться массам снега и поспособствует образованию больших сугробов, при таянии способных промочить всю постройку. Выходом из ситуации является выбор такого угла наклона, при котором максимально удовлетворяются требования как по снеговой, так и по ветровой нагрузкам, а они в разных регионах имеют индивидуальные значения.

Зависимость нагрузки от угла крыши

Вес снега на квадратный метр крыши в зависимости от региона

Количество осадков — показатель, напрямую зависящий от географии
региона. Более южные районы снега почти не видят, более северные имеют постоянное сезонное количество снеговых масс.

При этом, высокогорные районы, вне зависимости от географической широты, имеют высокие показатели по количеству выпадающего снега, что, в сочетании с частыми и сильными ветрами, создает массу проблем.

Строительные Нормы и Правила (СНиП), соблюдение положений которых является обязательным к выполнению, содержат специальные таблицы, отображающие нормативные показатели количества снега на единицу поверхности в разных регионах.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!Следует учитывать обычное состояние снеговых масс в данном районе. Мокрый снег в несколько раз тяжелее сухого.

Эти данные являются основой расчетов снеговых нагрузок, поскольку они вполне достоверны, а также приводятся не в средних, а в предельных значениях, обеспечивающих должный запас прочности при строительстве крыши.

Тем не менее, следует учитывать устройство кровли, ее материал, а также — наличие дополнительных элементов, вызывающих скопления снега, поскольку они могут существенно превышать нормативные показатели.

Вес снега на квадратный метр крыши в зависимости от региона на схеме ниже.

Регион снеговой нагрузки

Расчет снеговой нагрузки на плоскую крышу

Расчет несущих конструкций выполняется по методу предельных состояний, то есть таких, когда испытываемые усилия вызывают необратимые деформации или разрушения. Поэтому прочность плоской кровли должна превышать величину снеговой нагрузки для данного региона.

Для элементов крыши существует два типа предельных состояний:

Конструкция разрушается.
Конструкция деформируется, выходит из строя без полного разрушения.

Расчеты ведутся по обоим состояниям, имея целью получить надежную конструкцию, гарантированно выдерживающую нагрузку без последствий, но и без излишних затрат строительных материалов и труда. Для плоских крыш значения снеговых нагрузок будут максимальными, т.е. поправочный коэффициент уклона равен 1.

Таким образом, согласно таблицам СНиП, общий вес снега на плоской кровле составит величину норматива, умноженную на площадь кровли. Значения могут достигать десятки тонн, поэтому зданий с плоскими крышами в нашей стране практически не строят, особенно в регионах с высокими нормами осадков в зимнее время.

Нагрузка на плоскую крышу

Расчет снеговой нагрузки на кровлю онлайн

ВАЖНО!Как рассчитать снеговую нагрузку на крышу? Для этого воспользуйтесь нашим онлайн калькулятором.

Пример расчета снеговой нагрузки поможет наглядно продемонстрировать порядок действий, а также покажет возможную величину давления снега на конструкции дома.

Снеговая нагрузка на кровлю рассчитывается с помощью следующей формулы:

S = Sg * µ;

где S — давление снега на квадратный метр кровли.

Sg — нормативная величина снеговой нагрузки для данного региона.

µ — поправочный коэффициент, учитывающий изменение нагрузки на разных углах наклона кровли. От 0° до 25° значение µ принимается равным 1, от 25° до 60° — 0,7. При углах наклона кровли свыше 60° снеговая нагрузка не учитывается, хотя в реальности бывают скопления мокрого снега и на более крутых поверхностях.

Произведем подсчет нагрузки на кровлю площадью 50 кв.м, угол наклона — 28° (µ=0,7), регион — Московская область.

Тогда нормативная нагрузка составляет (по данным СНиП) 180 кг/кв.м.

Умножаем 180 на 0,7 — получаем реальную нагрузку 126 кг/кв.м.

Полное давление снега на кровлю составит: 126 умножаем на площадь кровли — 50 кв.м. Результат — 6300 кг. Таков расчетный вес снега на крыше.

Снеговое воздействие на кровлю

Ветровая нагрузка на кровлю

Расчет ветровой нагрузки производится подобным образом. За основу берется нормативное значение ветровой нагрузки, действующее в данном регионе, которое умножается на поправочный коэффициент высоты здания:

W= Wo * k;

W — ветровая нагрузка на квадратный метр площади.

Wo — нормативная величина по региону.

k — поправочный коэффициент, учитывающий высоту над поверхностью земли.

Роза ветров

Имеются три группы значений :

Для открытых участков земной поверхности.
Для лесных массивов или городской застройки с высотой препятствий от 10 м.
Для городских поселений или местностей со сложным рельефом с высотой препятствий от 25 м.

Все нормативные значения, как и поправочные коэффициенты содержатся в таблицах СНиП и должны учитываться при расчетах нагрузок.

ОСТОРОЖНО!При проведении расчетов следует учитывать независимость снеговых и ветровых нагрузок друг от друга, а также — одновременность их воздействия. Общая нагрузка на кровлю — это сумма обоих значений.

В заключение необходимо подчеркнуть большую величину и неравномерность нагрузок, создаваемых снегом и ветрами. Значения, сопоставимые с собственным весом крыши, нельзя игнорировать, такие величины слишком серьезны. Невозможность регулировать или исключать их присутствие заставляет реагировать путем увеличения прочности и правильного выбора угла наклона.

Все расчеты должны опираться на СНиП, для уточнения или проверки результатов рекомендуется использовать онлайн-калькуляторы, которых много в сети. Лучшим способом станет применение нескольких калькуляторов с последующим сравнением полученных величин. Правильный расчет — основа долговременной и надежной службы кровли и всей постройки.

Нормативное значение

В России снег – регулярное погодное явление практически на всей территории. Разница в количестве выпадающего снега, продолжительности холодного периода, сезонных ветрах и количестве переходов температур через 00С при окончании зимнего сезона.

Погодные условия отличаются не только в местностях с разными географическими координатами, но и в одном месте в разные годы. Однако многолетние измерения, проводимые метеорологами, позволяют узнать возможный максимум снежных осадков и рассчитать нормативную снеговую нагрузку для каждой местности.

Районное давление снега

Результаты расчетов группируются по категориям от I до VIII, соответствующим величинам статистического минимума и максимума веса снега в килограммах на квадратный метр горизонтальной поверхности:

от 56 до 80;
от 84 до 120;
от 126 до 180;
от 168 до 240;
от 224 до 320;
от 280 до 400;
от 336 до 480;
от 392 до 560.

Категории отображаются на карте, включенной в СНиП 2.01.07-85. Категории выделены цветом и пронумерованы.

При изменении статистики в границах категорий карта актуализируется. Нормативное значение для своего региона можно узнать, определив категорию места по карте.

Расчетная снеговая нагрузка

Нормативное значение только основа для расчета реально возможного веса снега. Просто использовать нормативное значение для расчета прочности нельзя, так как:

скаты крыши могут быть наклонными, снег будет разложен на большей площади;
ветра, сдувающие снег с кровли, в каждой местности свои;
окружающие строения изменяют влияние ветров;
теплопроводность крыши может привести к ускоренному таянию и снижению веса.

Для проектирования крыши с необходимой и достаточной надежной конструкцией следует учесть все факторы, влияющие на реальную ситуацию.

Формула расчета

Обязательная для применения проектировщиками формула вычисления снеговой нагрузки дана в СП 20.13330.2016 и выглядит следующим образом: S 0=c b c tµS g.

При расчете нормативная нагрузка S g умножается на три коэффициента:

µ – коэффициент, учитывающий угол наклона ската крыши по отношению к горизонтальной поверхности.
ct– термический коэффициент. Зависит от интенсивности выделения тепла через кровлю.
cb– ветровой коэффициент, учитывающий снос снега ветром.

Присутствие в формуле коэффициентов определяет зависимость результата от некоторых условий.

Определение коэффициентов

Рассмотрим значения коэффициентов применительно к зданиям с габаритными разменами менее 100 метров и без сложных кровельных форм. Для крупногабаритных зданий или при ломаных рельефах кровли применяются более сложные расчеты.

Зависимость величины снежного давления на квадратный метр от угла наклона ската крыши объясняется тем, что:

На плоских или слабонаклоненных кровлях снег не сползает. Коэффициент µ равен 1,0 при наклоне ската до 25°.
Расположение кровли под углом к горизонтальной поверхности приводит к увеличению площади кровли, на которую выпадает норма снега для горизонтального квадрата. Коэффициент µ равен 0,7 на углах 25° – 60°.
На крутых поверхностях осадки не задерживаются. Коэффициент µ равен 0, если наклон более 60° (нагрузка отсутствует).

Введение в формулу термического коэффициента ct позволяет учесть интенсивность таяния снега от выделения тепла через кровлю. Как правило, кровельный пирог здания проектируют с минимальными потерями тепла в целях экономии, а коэффициент ct при расчетах принимают равным 1,0. Для применения пониженного значения коэффициента 0,8 необходимо, чтобы на здании было неутепленное покрытие с повышенным тепловыделением с наклоном кровли более чем 3° и наличием действенной системы отвода талых вод.

Ветер сносит снег с крыш, снижая давящий на конструкцию вес. Ветровой коэффициент cb можно понизить с 1,0 до 0,85, но только в том случае, если выполняются условия:

Есть постоянные ветра со скоростью от 4 м/с и выше.
Средняя зимняя температура воздуха ниже 50С.
Угол ската кровли от 12° до 20°.

Рассчитанное значение перед применением в проектных решениях умножают на коэффициент надежности γ f = 1,4, обеспечивая компенсацию теряющейся со временем прочности материалов конструкций.

Пример расчета нагрузки

Расчет снеговой нагрузки на кровлю проведем для здания, которое проектируется для строительства в Хабаровске. По карте определяем категорию района – II, по категории узнаем максимальное нормативное значение – до 120 кг/м 2 . Здание проектируется с двускатной крышей под углом 35 ° к поверхности. Значит, коэффициент µ равен 0,7.

Предполагается наличие в здании мансарды и применение эффективных теплоизолирующих материалов кровельного пирога. Коэффициент ct равен 1,0.

Здание будет построено в городе, этажность не превышает окружающие строения, расположенные на расстоянии двух высот здания. Коэффициент cb следует принять равным 1,0.

Таким образом, расчетное значение равно: S 0 = c b c t µ S g =1,0*1,0*0,7*120 =94 кг/м2

Для расчета прочности, и не только конструкции крыши, но и фундамента, несущих элементов строения, применяем коэффициент надежности 1,4, получив для проектных вычислений значение 131,6 кг/м2.

К сведению домовладельцев

Рассчитав снеговую нагрузку, следует определить необходимость обустройства системы снегозадержания. Учитывать надо не только возможный сход снег, но и талую воду, образующую сосульки и замерзающую в трубах водостока. Для устранения этих явлений применяются системы обогрева карниза и водостока.

Принцип работы крыши: предельные состояния

Итак, расчет снеговой нагрузки на кровлю делают с учетом двух предельных состояний крыши – на разрушению и прогиб. Говоря простым языком, это именно та способность всей конструкции сопротивляться внешним воздействиям – до того момента, пока она не получит местное повреждение или недопустимую деформацию. Т.е. пока крыша не продавится или не повредится настолько, что ей понадобится ремонт.

Предел несущих способностей крыши

Как мы уже сказали, предельных состояний всего различают два. В первом случае речь идет о том моменте, когда стропильная конструкция исчерпала свои несущие способности, включая ее прочность, устойчивость и выносливость. Когда этот предел преодален, крыша начинает разрушаться.

Этот предел обозначают так: σ ≤ r или τ ≤ r. Благодаря этой формуле профессиональные кровельщики рассчитывают, какая нагрузка для конструкции будет еще предельно допустимой, и какая станет ее превышать. Другими словами, это – расчетная нагрузка.

Для такого вычисление вам нужны такие данные, как вес снега, угол наклона ската, ветровая нагрузка и собственный вес крыши. Также имеет значение, какая была использована стропильная система, обрешетка и даже теплоизоляция.

А вот нормативная нагрузка высчитывается исходя из таких данных, как высота здания и угол наклона скатов. И ваша задача вычислить и расчетную нагрузку, и нормативную, и перевести их в линейную. Для существует специальный документ – СП 20. 13330. 2011 в пунктах 4.2.10.12; 11.1.12.

Предел крыши на прогиб стропильной конструкции

Второе предельное состояние говорит о чрезмерном деформациях, статических или динамических нагрузках на крышу. В этот момент в конструкции происходят недопустимые прогибы, да так, что раскрываются сочинения. В итоге получается, что стропильная система как бы цела, не разрушена, но все-таки ей нужен ремонт, без которого она не сможет функционировать дальше.

Такой предел нагрузки вычисляют при помощи формулы f ≤ f. Она означает, что погиб стропил при нагрузке не должен превышать определенного предельного состояния. А для балки перекрытия есть своя формула – 1/200, что означает, что прогиб не должен быть больше, чем 1 на 200 от измеряемой длины балки.

И правильно вести расчет снеговой нагрузки сразу по обеим предельным состояниям. Т.е. ваша задача при расчете количества снега и его влияния на крышу не допустить прогиба больше, чем это возможно.

Вот ценный видео-урок для “терпеливых” на эту тему:

Нормативная снеговая нагрузка в вашей местности

Когда говорят о расчете снеговой нагрузки на крышу, то говорят о том, сколько килограмм снега может приходиться на каждый квадратный метр крыши, пока она реально может держать такой вес до начала деформации конструкции. Говоря простым языком, какой шапке снега можно позволить лежать на крыше каждую зиму без опасения того, что она проломит кровлю или расшатает всю стропильную систему.

Такой расчет делают еще на стадии проектирования дома. Для этого первым делом вам нужно изучить все данные по специальным таблицам и картам СП 20.3330.2011 «Нагрузки и воздействия». Исходя из этого узнайте, будет ли запланированная ваши конструкция надежной.

Например, если согласно расчетам она должна спокойно выдерживать слой снега в 200 килограмм на каждый квадратный метр, тогда нужно будет внимательно следить за тем, чтобы снежная шапка на крыше не была выше одного высоту. Но, если если снег на крыше уже превышает 20-30 см и вы знаете, что скоро пойдет дождь, то его лучше убрать.

Итак, чтобы узнать нормативную снеговую нагрузку в той местности, где вы строите дом, обратитесь к такой карте:

Кроме того, такой же коэффициент не используется для зданий, которые хорошо защищены от ветра другими зданиями или высоким лесом. Уравнение расчета у вас будет выглядеть вот так:

для первого предельного состояния, где рассчитывается прочность, примените формулу qр. Сн = q×µ,
для второго предельного состояния, где рассчитывается возможный прогиб крыши, применяйте такую формулу qн. Сн = 0,7q×µ.

При этом, как вы уже заметили, для второй группы предельных состояний вес снега следует учитывать с коэффициентом 0,7, т.е. сама формула будет выглядеть вот так: 0,7q.

Удельный вес: такой легкий и тяжелый снег

А теперь перейдем к практике. Если вы живете в России, а не на южном континенте без зимы, то знаете, каким на самом деле бывает снег: невероятно легким и неимоверно тяжелым. Например, тот же пушистый снежок в морозную и сухую погоду при температуре -10°С будет иметь плотность около 10 кг на кубический метр. А вот снег под конец осени и в начале зимы, который долго лежал на горизонтальных и наклонных поверхностях и «слежался», уже имеет массу куда больше – от 60 килограмм на кубический метр. К слову, узнать плотность снега не сложно – достаточно зимой вырезать большой лопатой образец снега в один кубический метр и взвесить его.

Если мы говорим о рыхлом снеге, который, по идее, легок и не доставляет проблем, то знайте, что здесь таится некая опасность. Рыхлый снег как ни какой другой быстро вбирает в себя все осадки в виде дождя и становится уже мокрым снегом. А его нахождение на крыше, где нет грамотно организованного стока, чревато большими проблемами.

Далее, весной в процессе длительной оттепели удельный вес снега также значительно растет. У сухого уплотненного снега среднестатистическая плотность находится в пределах от 200 до 400 кг на кубический метр. Не упускайте также такой важный момент, когда снег долго оставался лежать на крыше и не было нового снегопада, а вы его не убирали. Тогда независимо от его плотности, он будет иметь всю ту же массу, хотя визуально сама «шапка» стала меньше в два раза. В особо влажном климате весной удельный вес снега достигает 700 кг на кубический метр!

Снеговой мешок и температура воздуха

«Cнеговым мешком» называет тот снег на крыше, который превышают средние нормативы на толщину, характерные для конкретной местности. Или более просто: если выше 50 см на глаз.

Обычно снеговые мешки скапливается на не ветреной стороне крыши и в местах, где расположены слуховые окна и другие элементы крыши. Как раз в таких местах и ставят сдвоенные и усиленные стропильные ноги, либо вообще делают сплошную обрешетку. Кроме того, здесь по всем правилам должна быть специальная подкровельная подложка, чтобы избежать протечек.

Поэтому в более теплых регионах России плотность снега получается всегда больше, чем в холодных. Ведь в таких местностях зимой снег уплотняется под действием солнца, верхние слои сугроба давят на нижние. Учитывайте также, что снег, который перебрасывает с места на место увеличивает свой удельный вес минимум в два раза. Благодаря всему этому средний удельный вес обычно равен посреди зимы 280 + – 70 кг на кубический метр.

А весной в период обильного таяния мокрый снег способен весить почти тонну! Можете ли вы себе представить, что на вашей крыше находится одновременно сразу несколько тонн снега? Вот почему тот факт, что в процессе строительства крыши на стропильной системе висят сразу несколько рабочих и это якобы говорит о ее прочности, во внимание брать не стоит. Ведь пару человек точно не весят сразу несколько тонн.

Учитывайте, что в расчете нормативной нагрузки также принимается во внимание средняя температура воздуха в январе. Какая именно у вас, смотрите уже по карте СП 20.13330.2011:

Если окажется, что у вас средняя температура в январе меньше, чем 5 градусов по Цельсию, то коэффициент снижения снеговой нагрузки 0,85 тогда не применяется. Ведь из-за такой температуры снег зимой постоянно будет подтаивать снизу, образовывая наледь и задерживаясь на крыше.

И, наконец, чем больше угол ската, тем меньше на нем всегда остается снега, ведь тот постепенно сползает под собственным весом. А на тех крышах, у которых угол наклона больше или равен 60 градусов, снега не остается вообще. Поэтому в таком случае коэффициент µ должен быть равен нулю. В это же время для ската с углом 40° µ равен 0,66, 15° – 0,33 и для 45° градусов – 0,5.

Ветер и распределение снега на двух скатах

В тех регионах, где средняя скорость ветра все три зимних месяца превышает 4 м/сек, на пологих крышах и с уклоном от 7 до 12 градусов снег частично сносится и здесь его нормативное количество следует слегка уменьшить, умножив на 0,85. В остальных случаях он должен быть равен единице, либо его можно не использовать, что вполне логично.

В таком случае ваша формулу теперь будет иметь такой вид:

расчет на прочность Qр.cн = q×µ×c</strong>;
расчет на прогиб Qн.cн = 0,7q×µ×c.

Накопление снега на крыше также напрямую зависит от ветра. Значение имеет форма крыши, как она расположена относительно преобладающих ветров и какой угол наклона ее скатов (не в плане того, как легко съезжает снег, а в плане того, легко ли ветру его сносит).

Из-за всего этого снега на крыше может быть как меньше, чем на плоской поверхности земли, так и больше. Плюс на обоих скатах одной крыши может быть абсолютно разная высота снежной шапки.

Поясним подробнее последнее утверждение. Например такое нередкое явление, как метель, постоянно переносит снежинки на подветренных сторону. И этому препятствует конек крыши, который, задерживая ветер, уменьшает скорость движения снежных потоков и снежинки оседают больше на одном скате, чем на другом.

Получается, что с одной стороны крыши снега может лежать меньше, чем в норме, а с другой – намного больше. И это тоже нужно учитывать, ведь получается, что в таком случае на одном из скатов собирается почти вдвое больше снега, чем на земле!

Для расчета такой снеговой нагрузки применяется такая формула: для двускатных крыш с углом наклона 20 градусов, но меньше 30, процент накопления снега будет равен 75% с наветренной стороны и 125% – с подветренной. Этот процент высчитывается от количества снежного покрова, который лежит на плоской земле. Значение всех этих коэффициентов указано в нормативном документе СНиР 2.01.07-85.

И, если вы определили, что ветер в вашем регионе будет создавать ощутимую разницу снежного покроя на разных скатах, то с подветренной стороны нужно будет устроить спаренные стропил:

Если же у вас вообще нет данных по розе ветров местности, или они не точны, тогда отдайте предпочтение максимальной нагрузке, чтобы подстраховаться – так, как-будто оба ската вашей крыши находятся с подветренной стороны и на них всегда будет больше снега, чем на земле.

Так что происходит потом со снеговым мешком с подветренной стороны? Он постепенно сползает и давит уже на свес кровли, пытаясь его сломать. Вот почему по правилам свес кровли должен быть равен укреплен, в зависимости от кровельного его покрытия.

К слову, если ваша крыша еще и имеет перепад высот, вам будет полезно посмотреть этот видео-урок:

Формула фактической снеговой нагрузки на кровлю

Следующий важный момент. Часто снеговая нагрузка рассчитывается с таким простым и понятным конечным результатом, как n-е количества килограмм на квадратный метр кровли. Но стропильная система сама по себе намного сложнее, и оценивать давление только на ее сплошное покрытие не совсем верно.

Дело в том, что каждый элемент стропильной системы крыши берет на себя определенную нагрузку, которая была изначально рассчитана только на него одного, а не на всю крышу сразу. А поэтому необходимо перевести единицы измерения кг/м2 в единицу измерения кг/м, т.е. килограммы на метры.

Это значит измерить линейное давление на стропила, или обрешетку, свесы и прогоны. А все это – линейные конструкции, нагрузки действуют вдоль продольной оси каждого:

Если мы возьмем отдельное стропило, на нее действует та нагрузка, которая будет расположена прямо над ним. И чтобы изменить площадь общей нагрузки на крышу, нужно изменить ширину шага установки стропил.

Итог: учет совокупности всех нагрузок

И, наконец, подведем итог и отметим самую распространенную ошибку при расчете снеговых нагрузок на крышу. Это – опущение того момента, что все нагрузки действуют в совокупности. Сама крыша имеет вес, стоящий на ней человек, утеплители и много чего другого!

Поэтому все нагрузки, которые воздействуют на крышу, нужно суммировать и множить на коэффициент 1,1. Вот тогда вы получите уже какое-то реальное значение. Почему на 1,1? Чтобы учесть дополнительные неожиданные факторы, вы ведь не хотите, чтобы стропильная система работала на пределе? Ремонт обычно бывает сложным и дорогостоящим.

В зависимости от полученного значения, вам теперь нужно рассчитать шаг установки стропил. Во внимание также нужно будет взять длину стены здания и удобство размещения на ней целого числа стабильных ног при одинаковом расстоянии: например, 90 см, 1,5 метра, 1,2 метра.

Довольно часто решающий критерий выбора шага стропил – экономический, хотя свои условия также диктует выбранное кровельное покрытие. Но помните о том, что при обустройстве крыши все просчитывают так, чтобы стропила легко могли выдерживать возлагаемые на них давление. А для этого прикиньте несколько вариантов установки стропил и определите для каждого этого варианта сечение досок и расход материала.

Правильно выбранным шагом считается такой, где материалоемкость самая меньшая при том, что итоговые свойства остаются такими же. И учитывайте при этом, что, кроме стропил, обрешетки и прогонов еще в конструкции крыши всегда есть такие дополнительные несущие элементы, как стойки.

При расчете фундамента

Прежде всего, снеговую нагрузку учитывают при расчете максимального веса всего дома. А масса дома, в свою очередь, необходима для того чтобы правильно рассчитать фундамент под дом.

Естественно, что снеговая нагрузка не на прямую воздействует на фундамент, а передается через стены дома, но не учитывать ее, при расчете фундамента, особенно на слабых грунтах – нельзя.

При расчете самой кровли

На кровлю снеговая нагрузка воздействует самым непосредственным образом, причем, если на фундамент она распределяется более или менее ровно, то угадать, где на крыше будет снега больше, а где меньше – сложно, так как это зависит от направления ветра, уклона скатов и многих других факторов.

Поэтому при расчете кровли, снеговая нагрузка должна учитываться как основное воздействие.

Как правильно рассчитать снеговую нагрузку на кровлю

Для полноценного расчета нам необходимо будет рассчитать площадь крыши частного дома. Как это делается – я рассказывал подробно в предыдущих статьях, поэтому останавливаться на этом не будем.

Итак, формула для расчета снеговой нагрузки Q на кровлю выглядит следующим образом:

Q = G * s, где

G – вес снежного покрытия на плоской кровле, который берется из таблицы (кг/м2)
s – поправочный коэффициент, зависящий от уклона кровли

Поправочный коэффициент s, как уже говорилось, зависит от уклона кровли:

уклон менее 25 градусов – s принимается равным 1
уклон 25 – 60 градусов – s будет равным 0,7
уклон более 60 градусов – снеговая нагрузка вообще не учитывается, так как снег на такой кровле задерживаться практически не будет

А что же делать с G?

Вес снежного покрытия на плоской кровле можно найти с помощью таблицы и карты зоны снежного покрова на территории России:

Как видно из таблицы, масса снега на кровле, особенно в заснеженных районах России, может превышать вес самой кровли, поэтому не учитывать снежную нагрузку в зимний период нельзя не учитывать.

Реальный пример расчета снеговой нагрузки на кровлю

Давайте рассчитаем снеговую нагрузку на примере моего дома. Определим максимальный вес снега на 1 метр квадратный, а так же подсчитаем полную массу снега на кровле зимой, для расчета нагрузки на фундамент.

Итак, мой дом находится в районе РФ №3, поэтому Q возьмем равной 180 кг/м2.

Уклон кровли дома равен около 40 градусов, поэтому необходимо 180*0,7 = 126 кг/м2.

Таким образом максимально возможная снеговая нагрузка на кровлю моего дома равна 126 кг/м2.

Для расчета фундамента нам понадобится вся масса снега на кровле, а для этого необходимо сначала рассчитать площадь крыши дома. В моем случае, площадь кровли равна примерно 150 квадратных метров.

Полная нагрузка от снега зимой:

M = 126 * 150 = 18 900 кг

Таким образом, снег добавляет к общей массе дома еще 19 тонн. И как такую массу не учитывать?

ВНИМАНИЕ! При расчетах в строительстве всегда необходимо брать запас по прочности, поэтому полученные величины желательно еще умножать на 1,2.

Источники

http://al-vo.ru/o-zhizni/snegovaya-nagruzka.html
http://www.kroi.ru/articles/1/937/
https://stylekrov.ru/snegovaya-nagruzka-na-krovlyu.html
https://VseoKrovle.com/rasschjot/35-raschet-snegovoj-nagruzki.html
https://expert-dacha.pro/stroitelstvo/krysha/ustrojstvo/nagruzki.html
https://planken.guru/vse-dlya-kryshi-i-krovli/raschet-snegovoy-nagruzki-na-krovlyu.html
https://KrovGid.com/proekt/raschet-snegovoj-nagruzki-na-krovlyu.html
http://postroj-sam.ru/krysha-i-krovlya/raschet-snegovoj-nagruzki-na-krovlyu-na-realnykh-primerakh.html

[свернуть]

Расчет снеговой нагрузки на крышу

При строительстве кровли особое внимание следует уделять расчету ее несущей способности, так как на конструкцию постоянно воздействует огромное количество сил. Одной из сил, которая действует на крышу, является снеговая нагрузка, соответственно с которой и строится крыша. Именно она определяет, насколько толстыми будут несущие элементы и то, каким образом построить систему стропил. Значение ее высчитывают по специальной формуле, согласно СНиП.

Снеговая нагрузка и ее отрицательное влияние

Обычно со скатной крыши в течение суток удаляется до 5 % снежного покрова. Он сдувается ветром, сползает или покрывается настом. Но оставшееся количество отрицательно влияет не только на конструкцию, но и на человека:

Вес снега может возрасти во время резкого мороза после потепления. В таком случае возможны деформации стропильной системы, гидроизоляции и теплоизоляции.
Снеговая нагрузка на крышах, которые имеют сложную конструкцию, как правило, распределяется неравномерно.
Снег, сползающий к карнизу, может нести опасность для находящихся рядом людей, поэтому обязательна установка снегозадержателей.
Сползающий снег помимо опасности для человека, может нанести вред водосточной системе. Именно поэтому нужно его вовремя счищать или устанавливать снегозадержатели.

Очистка кровли от снеговой массы

Наиболее эффективным способом убрать снег с крыши, является ручная уборка. Но она очень опасна для самостоятельного проведения без предварительной подготовки. Именно поэтому, правильно рассчитанная снеговая нагрузка способна помочь не убирать постоянно снег.

Положительное влияние на сход снега оказывает угол наклона ската крыши. Наиболее оптимальным вариантом кровли для регионов, где велика вероятность большого количества снега, составляет от 45 до 60 градусов.

Для того чтобы уменьшить наледь и предотвратить образование сосулек, можно установить по периметру крыши кабельный подогрев. Он может иметь автоматизированное или ручное управление.

Расчет нагрузки снега на кровлю

Еще на этапе проектирования кровли для исключения повреждений ее конструкции при обильных осадках, проводят расчетные мероприятия. Средний вес снега составляет 100 кг на куб. метр, а влажные осадки весят еще больше, что составляет 300 кг на 1 куб. метр. Зная эти примерные величины, можно достаточно просто произвести расчет допустимой снеговой нагрузки.

Но для этого также понадобится знание толщины выпадающего слоя снега. Измерить этот показатель можно на ровном участке, а полученное число умножить на коэффициент, который предполагает запас и равняется 1,5. Для того чтобы учесть региональный показатель, можно использовать специальную карту. Она стала основой для получения правил СНиП и других нормативов. В целом показатель определяется по следующей формуле:

S=S_{расч. *}μ

В соответствии с данной формулой, ее составляющие расшифровываются так:

S – снеговая нагрузка полного типа
S_расч— значение веса на квадратный метр горизонтальной площадки.
μ – коэффициент наклона кровли.

Обычно, как говорилось ранее, расчеты производятся по карте снеговых нагрузок, которая представлена ниже:

В соответствии со СНиП существуют такие показатели коэффициента наклона кровли:

Если уклон кровли составляет менее 25 градусов, то коэффициент равен 1.
Если уклон кровли находится в пределах от 25 до 60 градусов, то коэффициент будет равен 0,7.
При уклоне более 60 градусов, коэффициент можно и вовсе не учитывать.

При этом учитывается и та сторона, с которой дует ветер. Это нужно, так как с наветренной стороны снега будет в любом случае меньше, чем с подветренной.

Для того чтобы лучше понять, каким образом производится расчет снеговой нагрузки, представим наглядный пример для Московской области. Рассчитываемая кровля имеет уклон, равный 30 градусам. Итак, согласно требованиям СНиП, производим расчет:

В карте находим, месторасположение Московской области и выявляем, что она относится к третьему климатическому району. Здесь значение нагрузки на крышу равно 180 кг на 1 кв. метр.
Согласно формуле, подсчитываем общий показатель веса снега. Для этого 180 умножаем на коэффициент, равный 0,7. Получаем число 126 кг на кв. метр.
Уже по этому показателю создается стропильная система, которая рассчитывается по максимальным числам.

Помимо такого варианта, существует полный расчет, который также представлен в СНиП и имеет там соответствующую таблицу. Расчет ведется по следующей формуле:

Q1 = m*Q

Здесь в качестве показателя коэффициента выступает m, который рассчитан по методу интерполяции. При уклоне крыши в 30 градусов он равен 1, а при 60 градусах – 0.

Q – это та снеговая нагрузка, которая указана в таблице СНиП.

Может быть произведен расчет нормативного показателя. Для этого нужно пользоваться атласом, в котором зафиксированы изменения СНиПа или же высчитывать показатель по формуле: Q2 = 0,7* Q* m. Если расчет производится для той конструкции, которая монтируется на территориях с постоянными ветрами, сносящими снег с крыши, то необходимо в формулу добавлять коэффициент C. Он равен 0,85. Но для добавления этого показателя есть целый ряд условий. Это скорость ветра не ниже 4 м/с, среднемесячная температура в зимние месяцы не выше -5 градусов, а уклон должен находится в пределах от 12 до 20 градусов.

Важно! Если непонятно, как рассчитать нагрузку самостоятельно, то лучше обратиться к специалистам.

Особенности установки снегозадержателей

Если правильно выполнена конструкция крыши с учетом расчетов, то снег с крыши можно и не убирать. А для того чтобы не было сильного сползания, устанавливаются в обязательном порядке снегозадержатели. Такие конструкции очень удобны и помогают не убирать снег с кровли во время сильных осадков.

Обычно устанавливаются снегозадержатели трубчатого типа, которые можно применять при снеговой нагрузке не более 180 кг на 1 кв. метр. Если вес снежного покрова больший, то конструкции устанавливаются в несколько рядов. СНиП регулирует случаи и правила, когда установка снегозадержателей необходима:

Уклон более 5 %, а также имеется наружный водосток.
От края крыши до установленного снегозадержателя должно быть минимально 0,6 м.
Если устанавливаются трубчатые конструкции, то под ними предусматривается только сплошная обрешетка.

Помимо этого, в СНиП содержаться рекомендации к монтажу снегозадержателей, описываются их основные конструкции и принцип, по которому работают устройства.

Особенности расчета снеговой нагрузки для плоских кровель

На кровле плоского типа скапливается достаточно большое количество снега, поэтому обязательно должны быть соблюдены все требования по расчету снеговой нагрузки, чтобы кровля могла выдерживать такой вес на протяжении длительного времени.

На большей территории России плоские кровли не создают, так как слой снега может создавать чрезмерную нагрузку на конструкцию стропил. Но, если все-таки проект дома предусматривает именно такую железобетонную или другую крышу и заменить ее нельзя, то при монтаже необходимо предусмотреть систему подогрева, чтобы обеспечить качественное стекание воды с нее.

Важно! Плоская кровля должна иметь минимальный уклон, который равняется 2 градусам, чтобы вода со всей поверхности могла стекать без проблем.

Заключение

Расчет снеговой нагрузки на кровлю поможет создать оптимальную конструкцию стропильной системы, а также сохранит в хорошем состоянии кровельное покрытие. Правильность расчета зависит от теоретических знаний в этой области, которые можно получить, прочитав данную статью.

Что еще почитать по теме?

Автор статьи:

Сергей Новожилов — эксперт по кровельным материалам с 9-летним опытом практической работы в области инженерных решений в строительстве.

Понравилась статья? Поделись с друзьями в социальных сетях:

Facebook

Twitter

Вконтакте

Одноклассники

Google+

Кровля для снежной зимы

Русскую зиму невозможно представить без снежных шапок на деревьях и крышах. В некоторых регионах снег не тает до весны, создавая дополнительные проблемы не только городским коммунальщикам, но и владельцам частных домов, которые могут рассчитывать только на себя. И лишь тем из них, кто думал о зиме на этапе проектирования и строительства дома, не страшны никакие капризы погоды.

Снег в России – это визитная карточка зимы, поэтому кровля любого коттеджа должна быть рассчитана на значительные снеговые нагрузки. «Параметры кровли, позволяющие ей удержать на себе вес снега, закладываются на этапе строительства дома, – говорит Василий Десятун, руководитель департамента кровельных систем Группы компаний Металл Профиль, ведущего производителя кровельных и фасадных систем в России. – Стропильная система, а также стены дома, на которые она опирается, должны выдерживать не только вес самой кровли с покрытием и людей, которые будут подниматься на крышу для проверки ее состояния и ремонта, но и вес снега зимой, а также нагрузку, создаваемую порывами ветра».

Всё сказанное – более чем серьезно, поэтому никогда не следует возводить кровлю «на глазок»: последствия подобного подхода могут быть печальны. Лучше всего доверить расчет стропильной системы и всей кровельной конструкции специалистам. Мы же остановимся на некоторых общих моментах, о которых полезно иметь представление любому домовладельцу.

Инженерные «хитрости»

Вопреки распространенному среди обывателей мнению, скаты на кровле делаются не «для красоты». «Крыша у нас на доме плоская, поэтому после каждого снегопада ее приходится чистить, иначе может и не выдержать», – делится опытом домовладелец Владимир Харитонов (Владикавказ).

Увеличение уклона кровли помогает существенно снизить снеговую нагрузку. Например, для двускатной кровли с уклоном 45° снеговая нагрузка на севере Московской области равна 130 кгс/м2, что вдвое ниже нагрузки на кровлю с уклоном 30°. При уклонах больше 60° снеговая нагрузка вообще не учитывается. Однако при этом нельзя забывать и о ветровой нагрузке: она, напротив, растет с увеличением уклона. В регионах с сильными и порывистыми ветрами стропильной системе придется противостоять периодическим рывковым нагрузкам в горизонтальной плоскости. Так, совсем недавно, в конце декабря 2011 года, в Ставрополе ветер срывал кровли с многих домов, зачастую – вместе с обрешеткой. Поэтому для каждого региона приходится искать «золотую середину».

Кроме того, если угол будет слишком большим, кровля получится «золотой» за счет увеличения расхода материалов. Например, площадь кровли с уклоном 60° в 1,7 раза больше площади аналогичной кровли с уклоном 30°.

Имеет значение и тип кровельного покрытия. Если угол будет слишком маленьким для данного типа материала, через стыки отдельных его фрагментов может просачиваться вода. В общем случае уклон может колебаться в широких пределах – от 5° до 60°. Для наиболее распространенных двускатных крыш рекомендуется выбирать угол в диапазоне от 20° до 45°. Если при этом используется покрытие из тонколистовой стали (например, металлочерепица), то угол следует делать не менее 12°.

Вообще, металлочерепица – предпочтительный вариант для регионов с продолжительной зимой и обильными снегопадами. Этот кровельный материал отличается нулевой гигроскопичностью (способностью впитывать влагу) и, в отличие от покрытий на битумной основе, прекрасно выдерживает низкие температуры. Именно поэтому он популярен в скандинавских странах, где не такой мягкий климат, как в центральной и южной Европе. Опасения же некоторых домовладельцев относительно протечек между листами металлочерепицы беспочвенны. «Правильно смонтированные листы кровельного покрытия плотно прилегают друг к другу, поэтому влага между ними не просачивается. Кроме того, гидроизоляция под кровельным покрытием укладывается внахлест, – объясняет Василий Десятун (ГК Металл Профиль). – А применение специальных саморезов с окрашенной головкой и гидроизоляционной ЭПДМ-прокладкой полностью исключает проникновение влаги через крепежные отверстия. Поэтому правильно смонтированная кровля не боится протечек».

Если крыша имеет сложную конфигурацию, это также необходимо учесть в расчетах. Особенно это важно, если на кровле много так называемых «снежных мешков». «Такие участки подвержены наибольшей нагрузке в течение всей зимы, поэтому необходимо уделить особое внимание прочности несущих конструкций в этих местах, – говорит специалист. – Не менее важна гидроизоляция: обычно в ендовах делают дополнительный перехлест мембраны, а ее стыки проклеивают монтажной лентой. То же самое делается и под элементами сопряжения. Тогда во время оттепелей и весной вам не придется бороться с постоянными протечками».

Вообще, качество гидроизоляции утеплителя – очень важный фактор. Монтировать пленки и мембраны нужно с провисом, т.к. они могут натягиваться из-за температурной деформации, затрудняя сток воды. Однако дешевые пленки с микроперфорацией имеют свойство промокать при соприкосновении с утеплителем, а поскольку зазор между ним и кровельным покрытием невелик, уследить за соблюдением дистанции по всей площади кровли практически невозможно, поэтому протечки неизбежны. Победить их позволяет применение лишенных вышеописанного недостатка гидроизоляционных мембран: например, Tyvek, которые к тому же обладают хорошей паропроницаемостью.

«Спроектировать усиленную конструкцию кровли, учитывающую по стропильной системе снеговую нагрузку – не проблема, – добавляет частный архитектор Николай Васенев. – Есть технические требования, есть соответствующие знания. Более того, во многих архитектурных стилях снег на крыше является дополнительным украшением. К примеру, шале проектируют так, чтобы снег оставался на кровле, ведь это еще и дополнительное утепление, а зимы в России суровые».

Снег на голову

Итак, снегу на кровле быть. Однако если его выпадет слишком много, тогда вся эта масса может сползти с крыши. А масса, как мы помним, совсем не маленькая. Поэтому необходимо заранее, при возведении кровли, позаботиться о безопасности людей и сохранности имущества: например, о припаркованных у дома автомобилях. Для этой цели служат трубчатые снегозадержатели, которые разрезают снежную массу. В этом случае она не обрушивается с крыши лавиной, а сходит равномерно, небольшими частями.

Трубчатые снегозадержатели монтируют по периметру кровли выше карнизного свеса (чтобы снеговая нагрузка распределялась выше карниза), а также над мансардными окнами (для этого используются специальные снегозадержатели длиной 1 м) и на каждом уровне многоуровневых кровель. При большой длине ската крепят еще один дополнительный ряд снегозадержателей, т.к. один ряд может не выдержать большой снеговой нагрузки. Также можно установить планку снегозадержателя, которая предотвращает осыпь мелкой ледовой и снеговой крошки. «Подробные инструкции по монтажу снегозадержателей и других элементов безопасности можно найти на нашем сайте», добавляет Василий Десятун.

Не снегом единым

Как известно, периоды холодов иногда сменяются потеплениями, и тогда скопившийся на крыше снег начинает постепенно превращаться в воду. Если кровельное покрытие обладает высокой гигроскопичностью (например, как популярная в Европе цементно-песчаная черепица), то оно впитывает влагу, которая при следующем похолодании замерзает, разрушая хрупкий материал. Конечно, результат этого явления проявляется не сразу, но после определенного числа циклов замерзания-оттаивания – обязательно.

Таким образом, для подготовки крыши к русской зиме необходимо не просто правильно ее рассчитать, но и грамотно подобрать кровельное покрытие, которое не побоится холода и высоких нагрузок зимой, а также влаги по весне. «Кровля – это система, где все элементы взаимосвязаны друг с другом. От срока службы кровельного покрытия напрямую зависит срок эксплуатации всей кровли. В условиях русской зимы покрытие должно быть одновременно и прочным, и защищенным от атмосферных воздействий, в частности – коррозии. Популярная в прошлом оцинковка, к сожалению, не отвечает второму требованию. Ее способность противостоять коррозии не превышает 10 лет. Поэтому сегодня на смену оцинковке пришла сталь с современными полимерными покрытиями, из которой изготавливают профилированный лист и металлочерепицу», – рассказывает Василий Десятун.

Современные технологии позволяют создавать материалы, на которые производитель дает расширенную гарантию. Например, металлочерепица NormanMP сопровождается 10-летней гарантией, при этом, благодаря нормированным характеристикам и жесткому контролю качества, реальный срок ее службы может исчисляться десятилетиями. Существуют и варианты для домовладельцев, которые хотят иметь аутентичную кровлю: например, металлочерепица с покрытием Granite Cloudy, имитирующим натуральную черепицу.

Чудеса погоды предсказать невозможно. И чтобы каждый приход холодов и снегопадов не был похож на неожиданное стихийное бедствие, нужно задуматься о грядущих зимах еще на этапе строительства дома. Избежать возможных проблем, связанных со снегом на кровле, позволит грамотный расчет стропильной системы, правильный выбор кровельного покрытия и конфигурации кровли, а также использование элементов безопасности.

Пресс-служба Группы компаний Металл Профиль

В качестве небольшого упражнения давайте проверим, действительно ли так велика снеговая и ветровая нагрузка на кровлю. Для этого вычислим ее в пересчете на квадратный метр «классической» двускатной кровли дома, расположенного на севере Московской области, скаты которой имеют уклон α=30° к горизонту. Практика показывает, что для двускатных крыш с таким уклоном существенную роль играет увеличение снеговой нагрузки за счет работы ветра, переносящего значительные массы снега на подветренную сторону кровли. Так что расчет позволит нам получить максимальную оценку для снеговой нагрузки на двускатную крышу с металлическим покрытием, соответствующую рекомендуемому диапазону углов наклона

СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» предписывает рассчитывать значение снеговой нагрузки перемножением расчетного веса S снегового покрова на квадратном метре горизонтальной поверхности земли на коэффициент μ, позволяющий перейти в расчетах от горизонтальной поверхности к наклонной. Для кровель различной конфигурации коэффициент μ рассчитывается по-разному. Это связано с тем, что в общем случае снег не образует равной толщины покров по всей поверхности кровли: он имеет тенденцию скатываться с кровли, скапливаться в снежных мешках над ендовами, в углублениях, нишах, около декоративных и функциональных элементов, а также на подветренной стороне кровли. Там, где окажутся дополнительные сугробы, будет повышенная нагрузка на несущие конструкции, которую необходимо учитывать при строительстве. Подробные разъяснения по методике расчета можно найти в пп. 5.3-5.6 и обязательном Приложении 3 к СНиП 2.01.07-85.

В нашем, наиболее простом случае с двускатной кровлей методика расчета следующая. Для уклонов менее 25° принимается μ=1. Для уклонов более 60° принимается μ=0. Для промежуточных значений 25°<α<60° значение коэффициента определяется линейной интерполяцией, т.е. по простой формуле:

μ=(60°-α)/(60°-25°)

Для уклона в 30° получим:

μ=(60°-30°)/(60°-25°)=0,86

Кстати, нетрудно убедиться, что это примерно соответствует результату, полученному простым способом из школьного учебника физики для 7 класса, где μ=Sin(90°-α)?0,86 (см. рисунок).

Однако это еще не всё. Как мы уже говорили, снег имеет обыкновение скапливаться с подветренной стороны, создавая там более значительную нагрузку на кровлю. И СНиП 2.01.07-85 предполагает введение поправок на сей счет. Для нашего случая (20°<α<30°) нагрузка по кровле будет распределяться следующим образом:

Поскольку нам нужно оценить максимальную нагрузку, возьмем наибольшее значение:

μ = 1,25*0,86=1,08.

Расчетное значение веса снегового покрова на горизонтальной поверхности можно определить, используя карту из Приложения 5 СНиП 2.01.07-85:

Снеговые районы Российской Федерации (расчетное значение веса снегового покрова Sg на 1 м2 горизонтальной поверхности земли):

I II III IV V VI VII VIII
кПа 0,8 1,2 1,8 2,4 3,2 4 4,8 5,6
кгс/м2 80 120 180 240 320 400 480 560
Каждому из восьми выделенных на карте снеговых районов соответствует определенный нормативный вес снегового покрова. Для нашего случая (север Московской области, район IV) он равен 240 кгс/м2. А с учетом коэффициента μ

240*1,08≈260 кгс/м2.

Полученная цифра эквивалентна давлению, которое оказывала бы на кровельную конструкцию небольшая чугунная ванна, наполненная водой (весом около 90 кг и объемом порядка 150–170 литров). А теперь представьте, что в течение нескольких зимних месяцев с подветренной стороны вашего дома на каждом квадратном метре кровли установлено по одной такой «ванне»!

Снеговая нагрузка должна учитываться вместе с ветровой, методику расчета которой можно найти в разделе 5 СНиП 2.01.07-85. Здесь мы не будем подробно останавливаться на этом вопросе, т.к. для нашей географической зоны значение будет невелико по сравнению с давлением снега: всего 15 кгс/м2 против 260 кгс/м2, т.е. меньше 5,5% от суммарной нагрузки. Однако не стоит расслабляться, т.к. для других регионов значения могут быть иными. Например, для юго-запада Ставропольского края это будет 48 (ветер) против 128 (снег), т.е. около 30% от интенсивности суммарного воздействия на кровлю будет приходиться на долю ветра.

В статье упоминаются категории:

В статье упоминаются товары:

Снег и дом – АСК Строитель

Влияние снега на крышу

Жители снежных регионов России неоднократно сталкивались с проблемой снега на крышах домов. Снег на крыше не раз становился причиной обрушения конструкций домов. К проектированию крыш домов необходимо относиться очень внимательно, учитывая плотность снега по районам (полосам России). Так плотность снежного покрова в северной части приравнивают к 220-280 кг/м3; в средней – 240-320- кг/м3.

Дом снежных регионов России

Снег является формой атмосферных осадков, образовавшаяся путем замерзания в облаках капель воды, которые притягиваются к пылевым частицам. Поэтому снег – это мелкие кристаллы льда. Увеличение плотностных характеристик снега на прямую зависит от повышения температурного режима. Когда снег насыщается водой, в нем образуются гранула льда, в результате чего плотность снега увеличивается на 50%. Следовательно, передаваемая нагрузка тоже будет расти и этот факт нужно учитывать при сборе действующих нагрузок. Сбор нагрузок представляет собой сумму постоянных (вес конструкций) и временных нагрузок (снеговая и ветровая).

Определение разрушающей нагрузки

Для этих целей разработан 10 раздел «Снеговая нагрузка» СП 20.13330.2011 «Нагрузки и Воздействия». В данном своде правил представлены величины снежного покрова и значение снеговой нагрузки по территориальному расположению районов России.
Для того чтобы узнать при какой величине нагрузки конструкция крыши начнет разрушаться, необходимо выполнить расчет на разрушающую нагрузку, кг/м3. Эта цифра показывает зависимость критической толщины снега от его плотности. Так, в Москве повреждающую нагрузку принимают равной 126 кг/м2. Это говорит о том, толщина покрова из рыхлого снега, плотностью 100 кг/м3 не должна превышать 126 см.

Следовательно в период оттепели плотность снега будет увеличиваться, а толщина разрушающего слоя уменьшаться. В тот момент, когда мокрый снег достигнет плотности 600-700 кг/м3, для предотвращения разрушения крыши толщина снега не должна превышать 18 см. Для крыш с уклоном до 25° толщина критического снегового покрова составляет 46 см.

Как сохранить целостность конструкции

Стропильная система воспринимает действующую нагрузку и передает ее на стены сооружения. Для того, что бы не допустить разрушения крыши в процессе эксплуатации необходимо рассчитать элементы несущего каркаса, такие как пролет и шаг конструкций, а так же сечение деревянных элементов. По СНиП II-25-80 и в соответствии с требованиями СНиП 2.01.07. Руководством для проектирования служит СП 31-105-2002.

Максимальные пролеты стропил крыши при расчетных снеговых нагрузках от 1,5 до 3.0 кПа принимают в зависимости от шага и поперечного сечения стропил. Таким образом, при использовании стропильных балок размером 38х140 мм, при расчетной снеговой нагрузке 3,0 кПа и шагом стропил 600 мм пролет не должен превышать 2,66 м, а при расчетной нагрузке в 2,5 кПа и таким же шагом, пролет не должен превышать 2,86 м. При уменьшении расчетной нагрузки и увеличении ширины поперечного сечения максимальная ширина пролетов будет увеличиваться. Более точная информация располагается в таблицах Б-6 и Б-7 СП 31-105-2002.

Крепление стропильных конструкций

Крепление стропил происходит с помощью нагелей (гвоздей). Длина нагеля должна быть в два раза больше чем ширины сечения стропил. С уменьшением угла наклона кровли, увеличивается количество применяемых гвоздей. При уклоне кровли 45° необходимо 5 гвоздей на одно соединение.

Полное руководство по определению размера и количества принимаемых гвоздей приведено в таблице 8-2 СП 31-105-2002.

Уклон кровли играет не малую роль в противостоянии снежным нагрузкам.

Крепление стропильных конструкций

Кровля, устроенная под углом 45°, будет лучше сопротивляться снежным массам по сравнению с кровлями меньших уклонов.

Стропила передают воспринимаемы нагрузки на внешние стороны здания.
Различают два вида стропильных систем: распорные и безраспорные. При распорной конструктивной схеме стропила работают на сжатие и изгиб, распирающие усилия передаются стенам. Для уменьшения этого усилия устанавливают горизонтальные затяжки (распоры), которые не допустят чтобы основания балок разъехались под воздействие снеговых и ветровых нагрузок. При установке одна опора должна быть закрепленной, а вторая подвижной. Для того, чтобы исключить опасные нагрузки, воспринимающие стенами, нижний конец стропил должен упираться в мауэрлат. При безраспорной системе элементы конструкции работают исключительно на изгиб, а стропильные ноги будут опираться на прогон. Важно чтобы обе опоры имели возможность свободного вращения. В безраспорной системе обе стороны должны быть закрепленными на шарнире, позволяющими только поворот.

Утепление и вентиляция устраиваемых кровель

К утеплению и вентиляции кровли нужно подходить со всей ответственностью, учитывая то, что за зимний период снег на крыше может несколько раз пройти стадии оттаивания и замерзания. Результатом протекания такого процесса может стать образование ледяных глыб. А в процессе таяния образовавшиеся водяные бассейны приведут к протечке крыши и затеканию помещений дома. Нельзя допускать чтобы эти процессы усугублялись при нагревании крыши теплым воздухом дома. Для этого разработаны схемы устройства чердачных помещений в жилых домах: утепленный, так называемая мансарда, и неутепленный (холодный) чердаки.

Отличие холодного чердака от мансарды заключается не только в технологии устройства, но и в назначении помещения. В отличие от чердака, мансарда может эксплуатироваться как жилое помещение.

Коньковая вентиляция

При устройстве мансарды очень важно обратить внимание на выбор толщины утеплителя и организацию вентиляционных зазоров и коньковой вентиляции. В обязательном порядке проводят утепление фронтонов. Теплоизоляция самой кровли проходит по скатам крыши с внутренней стороны. Между обрешеткой и стропилами устраивают гидроизоляцию, применяя диффузионную мембрану. Пространство между стропилами заполняют утеплителем. На теплоизоляционный слой крепят пароизоляционную пленку. Диффузионную мембрану лучше использовать с пропускной способностью за сутки 750-1000 г/м2. При использовании паро и гидроизоляционных материалов низкого качества рекомендуют устраивать второй вентиляционный зазор, который будет отводить влагу с поверхности пленки.
При устройстве неутепленного чердака на перекрытие укладывают слой теплоизоляции, при этом фронтоны можно оставить неутепленными. Пространство от утеплителя до конструкции крыши выступает в качестве вентиляционной прослойки. Конструкции, идущие через чердак, также необходимо утеплить.

Определение величины вытяжных зазоров

Площадь всех вентилируемых окон в кровле должна составлять одну трехсотую часть площади всей вентиляции, чтобы предотвратить образование конденсата на ее поверхности. Размеры вытяжных окон приведены в СП 17.13330.2011. По таблице No 2 Свода правил определяется зависимость высоты вентиляционных окон и размеров входных, выходных отверстий от уклона, площади кровли и влажности слоев кровельного пирога. Так при уклоне крыши до 25° вентиляционный канал для вывода пароизоляционной влаги возводят высотой 60 мм, с размерами отверстий 1/200 на входе и 1/400 на выходе; для кровель, уклон которых составляет от 25° до 45° высоту вытяжного канала принимают 40 мм и размеры отверстий 1/300 для входного, 1/600 для выходного. Кровли, уклон которых превышает 45° высота вент-канала остается прежней, а входное отверстие равно 1/1400, выходное 1/800. Данные значения актуальны при длине ската крыши до 10 м, в противном случае приведенные данные увеличивают на 10%. Вентиляционные зазоры защищают москитными сетками и подшивают деревянными полосками. Подшивка свеса кровли осуществляется с помощью специальных планок – софитов, которые крепятся к направляющим профилям. Профили монтируют к деревянному каркасу, использую саморезы. Планки софитов заводят в пристенный и карнизный свесы, и крепят к обрешетке. Суммарное сечение отверстий в софитовой панели не должно превышать величину допустимого значения.

Работы по обеспечению безопасности

Для зданий, уклон кровли которых превышает 5°, не зависимо от системы водостока, необходимо предусмотреть снегозадерживающие устройства. Снегозадержатели крепятся к фальцам кровли или обрешетке, для предотвращения свободного падения снежных масс с крыши.

Над входом и мансардными окнами, на расстоянии 0,6-1.0 м от карнизного свеса устанавливают планки снегозадержателя в обязательном порядке для обеспечения безопасности. По периметру крыши снегозадерживающие устройства крепят по необходимости.
Существует два типа снегозадержателей:
1.трубчатые;
2.локальные.

Применяя трубчатые устройства необходимо предусмотреть сплошную обрешетку. Шаг опор для крепления определяет снеговой район и уклон крыши. Схему элементов локальных устройств предоставляет изготовитель с учетом типа и уклона конструкции.

Очистка кровли от снежных масс

Очистка кровли от снега

Для того, что бы не увеличивать нагрузку на конструкцию кровли, необходимо производить ее очистку от снега. При очистке важно соблюдать технику безопасности и несколько правил:

Проводя очистку кровли находиться непосредственно на крыше запрещено, во избежание падения; счищать весь слой снега нельзя, так как можно повредить верхнее кровельное покрытие; земли очистка крыши осуществляется с применением скребков.

Скрепки представляют собой трапециевидный наконечник шириной 50-60 см закрепленный на длинной ручке. Для усовершенствования данного изделия можно к основанию прикрепить ролики, которые облегчат скольжение скребка по снегу и защитит кровельное покрытие от повреждений. Необходимо скрепок положить на крышу, погрузить в снежный покров и потянуть на себя.
Не забывайте, что вероятность получить повреждения находясь на крыше намного выше, чем получить травмы от падения снега с неочищенной крыши, возведенной без нарушения технических условий и техники безопасности снега на крыше

Указания по измерению снега

Следующие ниже процедуры были разработаны на основе предыдущих процедур Национальной метеорологической службы и на основе опыта широкого круга климатологов, специалистов по снегу, наблюдателей за погодой и пользователей данных. Некоторые материалы были взяты из «Снежного буклета» Нолана Дж. Докена и Артура Джадсона, CSU, 1996).

Каждый сезон перед первым снегом: изучите эти инструкции по измерению снега.Легко забыть, что нужно измерять, особенно в тех частях страны, где снег выпадает нечасто.

В начале каждого сезона снегопадов / заморозков снимает воронку и внутреннюю измерительную трубку восьмидюймового ручного дождемера, чтобы открыть емкость для перелива диаметром 8 дюймов, чтобы он мог более точно улавливать замерзшие осадки.

Выложите сноуборд (ы) и отметьте их местоположение флажком или другим индикатором, чтобы их можно было найти после нового снегопада.Они должны быть расположены в непосредственной близости от вашей станции на открытом месте (не под деревьями, препятствиями или на северной стороне построек в тени). Как только ваше оборудование будет подготовлено к зиме, вы будете готовы к измерениям снегопада.

Наблюдатели должны определить три значения при сообщении о твердых осадках. Это:

Снегопад: Измерьте и запишите количество снегопадов (снег, ледяная крупа) с момента предыдущего наблюдения за снегопадом (24 часа).(Подробности см. В разделе «Снегопад» ниже)
Глубина снега: Определите глубину нового и старого снега, оставшегося на земле во время наблюдения. (Подробности см. В разделе «Глубина снежного покрова» ниже)
Водный эквивалент снега: Водный эквивалент талого снега, собранный в датчике со времени последнего наблюдения. (Подробности см. В разделе «Водный эквивалент» ниже)

Снегопад:

Измерьте и запишите максимальное количество снега, которое накопилось на вашем сноуборде (на деревянной палубе или на земле, если доска недоступна) с момента предыдущего наблюдения за снегопадом.Это измерение должно производиться как минимум один раз в день, но может проводиться до четырех раз в день (каждые 6 часов) и должно отражать наибольшее наблюдаемое накопление нового снега (в дюймах и десятых долях, например, 3,9 дюйма) с тех пор. последнее наблюдение за снегопадом. Количество снегопадов можно измерять ежечасно или с любым интервалом, если доску для измерения снега НЕ очищать чаще, чем один раз в 6 часов. Если вы не можете наблюдать за накоплением снега в любое время дня и ночи, используйте свою лучшую оценку, основанную на измерении снегопада в запланированное время наблюдения вместе со знанием того, что происходило в течение последних 24 часов.Если вы не присутствуете, чтобы стать свидетелем наибольшего скопления снега, информацию можно получить от других людей, которые были рядом со станцией во время снежного события. Если ваше наблюдение не основано на измерении, запишите в своем примечании, что «количество снега основано на оценке». Помните, что вы хотите сообщить о наибольшем накоплении с момента последнего наблюдения. Если снегопад происходил несколько раз в течение периода, и каждый снегопад полностью или частично таял перед следующим снегопадом, запишите сумму наибольшей глубины снега для каждого события и укажите в своем примечании «снегопад растаял в течение периода OBS».Например, три отдельных снежных шквала влияют на вашу станцию в течение 24-часового отчетного дня, скажем, 3,0, 2,2 и 1,5 дюйма. Снег от каждого события тает перед следующим накоплением, и в назначенное время наблюдения снега на земле нет. Общий снегопад за этот отчетный 24-часовой день представляет собой сумму трех отдельных снежных шквалов, 6,7 дюйма, даже если высота снежного покрова на вашей доске во время наблюдения была равна нулю.

Снег часто тает при приземлении. Если снег постоянно тает, когда он приземляется, и накопление никогда не достигает 0,1 дюйма на вашей измерительной поверхности, снегопад следует записать в виде следа (T) и записать в своих комментариях, что «снег растаял, когда он приземлился».

Важно измерять снегопад (и глубину снежного покрова) в местах, где влияние ветра и заноса сведено к минимуму. Поиск подходящего места, где равномерно скапливается снег, упрощает все другие аспекты наблюдения и снижает многочисленные возможности для ошибки.На открытых участках, где невозможно избежать нанесенного ветром снега, часто может потребоваться несколько измерений для получения средней глубины, и они не должны включать самые большие заносы. В густо засаженных деревьями местах постарайтесь найти открытую поляну среди деревьев. Измерения под деревьями неточны, так как большое количество снега может накапливаться на деревьях и никогда не достигать земли.

Если ваш распорядок дня позволяет, вы можете проводить наблюдение за снегопадом каждые 6 часов, начиная с вашего обычного запланированного времени наблюдений.Это процедура, которой придерживаются национальные службы прогнозов погоды. Следуйте тем же правилам для ежедневного наблюдения, но зарегистрированное накопление снега будет самым большим за предыдущие шесть часов, а не за 24 часа. Если вы проводите наблюдения с такой частотой, убедитесь, что вы очищаете сноуборд (или другую измерительную поверхность) не чаще одного раза в 6 часов. Запишите частоту наблюдений в течение дня в разделе комментариев вашего отчета. Никогда не суммируйте более четырех шестичасовых наблюдений, чтобы определить общее количество снегопадов за 24 часа. Если вы используете более четырех наблюдений, это приведет к ложному увеличению общего количества снегопадов.

Переохлажденный дождь (гололед) ни в коем случае нельзя расценивать как снегопад. Этот тип осадков представляет собой жидкие осадки, и о них следует сообщать как таковые.

Глубина снега:

Определите общую толщину снега, ледяной крупы или льда на земле. Это наблюдение проводится один раз в день в запланированное время наблюдения с помощью измерительной линейки. Измеряется путем измерения общей высоты снежного покрова на открытой поверхности на стационарно установленном снежном столбе или путем усреднения нескольких показаний глубины в или около нормальной точки наблюдения с помощью измерительной линейки. При использовании мерной линейки убедитесь, что она вставлена вертикально в снег до тех пор, пока ее нижняя часть не коснется земли. Не путайте слой льда или покрытый коркой снег с землей. Измерение должно отражать среднюю глубину залегания снега, ледяной крупы и гололеда на земле в вашем обычном месте измерения (без вмешательства человека).Измерения с крыш, мощеных площадок и т. П. Проводить не следует.

Примечание. Накопление града не происходит со снегом и ледяной крупой. Накопление града вводится в? / Комментарии /? сечение с количеством и диаметром (дюймы и десятые доли) камней.

Сообщает о высоте снежного покрова до ближайшего целого дюйма с округлением в большую сторону, когда достигается приращение в полдюйма (например, 0,4 дюйма отображаются как след (T), 3.5 дюймов отображается как 4 дюйма). Часто в холмистой или гористой местности вы сталкиваетесь с ситуацией, когда снег не наблюдается на склонах, обращенных на юг, в то время как снег, возможно глубокий, остается в затененных или обращенных на север участках. В этих обстоятельствах вам следует здраво оценивать визуальное усреднение, а затем измерять высоту снежного покрова на открытых участках в пределах нескольких сотен ярдов вокруг метеостанции. Например, если половина обнаженной земли голая, а половина покрыта шестидюймовым слоем снега, глубину снежного покрова следует вводить как среднее из двух показаний, или три дюйма.Если, по вашему мнению, снегом покрыто менее 50 процентов открытой поверхности земли, даже если покрытые участки имеют значительную глубину, глубину снежного покрова следует записать в виде следа (T). Если на открытых участках земли нет снега или льда (снег может присутствовать на прилегающих лесных или других защищенных участках), запишите «0».

Когда сильный ветер дул снег, сделайте несколько измерений там, где снег меньше всего пострадал от заноса, и усредните их. Если на большинстве открытых участков нет снега, а на других есть заносы, попробуйте снова совместить визуальное усреднение с измерениями, чтобы сделать вашу оценку.

Водный эквивалент снегопада:

Измерение водного эквивалента снегопада со времени наблюдения в предыдущий день. Это измерение проводится один раз в день в указанное вами время наблюдения. Растопите содержимое манометра (принеся его в дом или добавив отмеренное количество теплой воды), а затем вылейте жидкость в воронку и внутреннюю измерительную трубку меньшего размера и измерьте количество с точностью до ближайшего.01 дюйм (используйте мерную линейку из комплекта NWS) точно так же, как вы используете для измерения осадков. Не измеряйте расплавленные осадки непосредственно в большом 8-дюймовом внешнем цилиндре. Убедитесь, что внутренняя измерительная трубка не может упасть при наливании в нее жидкости. Если эквивалент талой воды (включая любую добавленную теплую воду) превышает два дюйма и не может поместиться в измерительную трубку одновременно, опорожните полную измерительную трубку и слейте оставшуюся жидкость из большого 8-дюймового внешнего цилиндра в опорожненный измерительный стакан. трубка.Затем сложите и запишите водный эквивалент нескольких измерений.

Если вы добавили теплую воду в манометр, чтобы растопить снег, убедитесь, что вы точно измерили количество добавленной теплой воды , прежде чем заливать ее в манометр. Затем, когда вы проводите измерение жидкости, вычтите количество добавленной теплой воды из общего измерения жидкости, чтобы получить окончательный жидкий водный эквивалент снегопада.

По мере усиления ветра датчики собирают все меньше и меньше фактически выпадающих осадков.Вообще говоря, чем сильнее ветер и суше снег, тем меньше улавливается датчиком. Если вы заметили, что в датчике меньше снега, чем накопилось на земле, вам следует сначала вылить весь имеющийся снег изнутри 8-дюймового цилиндра, а затем использовать его для взятия пробы снега, иногда называемой «взять керн» или «Отрежьте бисквит» из вашего сноуборда с помощью 8-дюймовой переливной банки. Растопите бисквит из снега, налейте жидкость в маленькую мерную трубку, чтобы измерить водный эквивалент.

Информация об измерениях снега

Измерение снегопадов

Критерии вызова для Восточная Юта и Западный Колорадо
Пожалуйста, позвоните в NWS по телефону (970)243-7007 или напишите нам по адресу [email protected] Если вы наблюдаете любое из следующего:
Снегопад	1 дюйм в час в долинах, 2 дюйма в час в горах.
Ветер	Выдерживает скорость 30 миль в час или более, или при порывах со скоростью более 40 миль в час, или если у вас нет датчика ветра, затруднено стоять или летать обломки или какие-либо повреждения.
Туман или метель	Ограничение видимости до < 1/4 мили.
Грозы	Каждый раз, когда вы видите молнию или слышите гром, особенно когда идет снег («громовой снег!»).

Как измерить и составить отчет о зимних осадках

Снегопад, высота снежного покрова и их водный эквивалент — одни из самых сложных, но важных погодных элементов для точного и последовательного измерения. В теплое время года легко забыть, что и как нужно измерять. Хотя эти инструкции изначально предназначались для совместных наблюдателей за погодой, NWS всегда может использовать информацию о снеге от КАЖДОГО. Даже если вы не можете предоставить наблюдения за водным эквивалентом снега, данные о снегопаде и высоте снежного покрова очень важны для нас.

При звонке или отправке по электронной почте информации о снеге, пожалуйста, также укажите следующее:

Имя
Местоположение (если не в городе, используйте такие термины, как «6 миль к северу от Аспена»)
Время вашего события (т.е. когда снег начался и закончился и т. Д.)
Высота (если известно)

Препарат

Снимите с ручного манометра воронку и внутреннюю измерительную трубку, чтобы переливная банка диаметром 8 дюймов могла точно улавливать замерзшие осадки.Если в банке есть утечки, позвоните нам, и мы отремонтируем или заменим. Выложите сноуборд и отметьте место, чтобы его можно было найти после нового снегопада.

Теперь вы готовы к измерению снегопада. Вот три важных измерения при сообщении о твердых осадках:

Водный эквивалент : количество воды в снегопаде со времени предыдущего наблюдения;
Снегопад : глубина снега, мокрого снега или снежной крупы с момента предыдущего наблюдения;
Высота снежного покрова : Общая высота снежного покрова на земле в нормальное время наблюдения.

Водный эквивалент : Измеряется один раз в день в указанное вами время наблюдения. Растопите содержимое манометра (принеся его в дом или добавив отмеренное количество теплой воды), а затем вылейте жидкость в меньшую внутреннюю измерительную трубку и измерьте количество с точностью до 0,01 дюйма, как вы это делаете для измерения количества осадков. . Если вы добавили отмеренное количество теплой воды к манометру, чтобы растопить снег, то аккуратно удалите отмеренное количество добавленной воды перед измерением водного эквивалента.
Но не всегда все так просто. По мере усиления ветра ваш измеритель будет собирать все меньше и меньше фактически выпадающих осадков. Вообще говоря, чем сильнее ветер и суше снег, тем меньше улавливается датчиком. Если вы заметили, что в датчике меньше снега, чем накопилось на земле, сначала вылейте весь имеющийся снег изнутри 8-дюймового цилиндра, а затем используйте его для взятия пробы снега, что иногда называют «взять керн» или «вырезать». печенье »из сноуборда с 8-дюймовым переливным баллончиком.Растопите бисквит из снега, налейте жидкость в маленькую мерную трубку, чтобы измерить водный эквивалент.

Снегопад : Наибольшее количество снега, накопившееся на вашем сноуборде (или на земле, если доска недоступна) с момента предыдущего наблюдения за снегопадом. Это измерение следует проводить не реже одного раза в день и должно отражать наибольшее наблюдаемое скопление нового снега (в дюймах и десятых долях, например, 3.9 дюймов) с момента последнего наблюдения за снегопадом. Поскольку вы не можете наблюдать за накоплением снега в любое время дня и ночи, используйте свою лучшую оценку, основанную на измерении снегопада в запланированное время наблюдения вместе со знанием того, что происходило в течение последних 24 часов. Если ваше наблюдение не основано на измерении, запишите в своем примечании, что «количество снега основано на оценке». Помните, что вы хотите сообщить о наибольшем накоплении с момента последнего наблюдения.
Если снегопад происходил несколько раз в течение периода, и каждый снегопад полностью или частично таял перед следующим снегопадом, запишите сумму наибольшей высоты снега для каждого события и укажите в своих комментариях «снегопад растаял в течение периода OBS».Например, три отдельных снежных явления в течение 24-часового отчетного дня, скажем, 3,0, 2,2 и 1,5 дюйма. Снег от каждого события тает перед следующим накоплением, и в назначенное время наблюдения снега на земле нет. Общий снегопад за этот отчетный 24-часовой день представляет собой сумму трех отдельных снегопадов, 6,7 дюйма, даже если высота снега на вашей доске во время наблюдения была равна нулю.
Снег часто тает при приземлении. Если снег постоянно тает при приземлении и накопление никогда не достигает 0.1 дюйм на измерительной поверхности, запишите снегопад в виде следа (T) и запишите в своих замечаниях, что «снег таял при приземлении».
Важно измерять снегопад (и глубину снежного покрова) в местах, где влияние ветра и заноса сведено к минимуму. Найти хорошее место, где снег будет равномерно скапливаться. На открытых участках, где невозможно избежать нанесенного ветром снега, часто может потребоваться несколько измерений для получения средней глубины. Измерения не должны включать самые большие отклонения.В густо засаженных деревьями местах постарайтесь найти открытую поляну среди деревьев. Измерения под деревьями неточны, потому что большое количество снега может скапливаться на деревьях и никогда не достигать земли.

Глубина снежного покрова : Общая глубина снега, мокрого снега или льда на земле, измеренная один раз в сутки в запланированное время наблюдения с помощью мерной палочки. Измерьте общую глубину снежного покрова на открытой поверхности на стационарно установленном снежном столбе или путем усреднения нескольких показаний глубины в нормальной точке наблюдения или рядом с ней с помощью измерительной линейки.При использовании мерной линейки убедитесь, что она лежит на земле, а не на слое льда или покрытого коркой снега. Измерение должно отражать среднюю глубину залегания снега, мокрого снега и гололеда на земле в вашем обычном месте измерения (не нарушенном деятельностью человека). Не снимайте измерения с крыш, мощеных площадок и т.
Сообщает о высоте снежного покрова до ближайшего целого дюйма, округляя в большую сторону, когда достигается шаг в полдюйма (например, 0,4 дюйма отображаются как след (T), 3,5 дюйма отображаются как 4 дюйма).Часто в холмистой или гористой местности вы сталкиваетесь с ситуацией, когда снег не наблюдается на склонах, обращенных на юг, в то время как снег, возможно глубокий, остается в затененных или обращенных на север участках. В этих обстоятельствах вам следует здраво оценивать визуальное усреднение, а затем измерять высоту снежного покрова на открытых участках в пределах нескольких сотен ярдов вокруг вашей метеостанции. Например, если половина обнаженного грунта голая, а половина покрыта 6-дюймовым слоем снега, глубину снежного покрова следует ввести как среднее значение двух показаний, или 3 дюйма.Если, по вашему мнению, снегом покрыто менее 50 процентов обнаженной земли, даже если покрытые участки имеют значительную глубину, глубину снежного покрова следует записать в виде следа (T). Если на открытых участках земли нет снега или льда (снег может присутствовать на прилегающих лесных или других защищенных участках), запишите «0».
Когда снег сдул сильным ветром, сделайте несколько измерений там, где снег меньше всего пострадал от заноса, и усредните их. Если на большинстве открытых участков нет снега, а на других есть заносы, попробуйте снова совместить визуальное усреднение с измерениями, чтобы сделать вашу оценку.

Национальный анализ снега — NOHRSC

Нажмите на карту для регионального анализа

Автоматическое обсуждение модели:
20 июля 2021 г.
901. Дев .:

Эквивалент воды для снега
Площадь, покрытая снегом:	0,0%
Площадь, покрытая за последний месяц:	0,2%
Средняя глубина снега 64		:	0.0 дюймов
Минимум:	0,0 дюйма
Максимум:	2404,9 дюйма
Станд. Дев .:	2,4 дюйма
Среднее значение:	0,0 дюйма
Минимум:	0,0 дюйма
Максимум:	1442,7 дюйма
1,5 дюйма

подробнее…

Метрические единицы …

Выберите регион и дату

Отчеты о снеге

Top Ten:

Метрические единицы …

902

Идентификатор станции	Имя	Высота (футы)	Снегопад (дюймы)	Продолжительность (часы)	Дата отчета / время
GLD	GOODLAND, KS	3661	0.001	24,000	2021-07-19 12:00

Примечание: эти данные являются неофициальными и предварительными.
Почтовые индексы (если таковые имеются) наблюдений будут включены в текстовые файлы после 7 октября 2008 г.

Отчеты о снегопаде на станции
Отчеты о снегопаде на станции
Отчеты о снежной глубине на станции

Интерполированные продукты снегопада

Как снимать замеры на снегу

Одобрено CoCoRaHS!

Краткое руководство и образец заполненной формы

Обучающее видео

Измерения снега

Измерения снега, описанные здесь, включают:

Как снять мерки на снегу

На основании «Руководства по измерению снега (10-23-96)», U.S. Департамент Торговля, Национальное управление океанических и атмосферных исследований, Национальное управление Метеорологическая служба (NWS), Управление метеорологии и национальной погоды Служба, Справочник наблюдений № 2, Наблюдения на совместных станциях », Отделение систем наблюдения, Управление системных операций, Сильвер-Спринг, Мэриленд, июль 1989 г., «Снежный буклет» Нолана Дж. Докена и Артура. Джадсон, CSU, 1996, «MANOBS: Руководство по наблюдениям за приземной погодой». ’, Окружающая среда Канады, Метеорологическая служба Канады, июнь 1996 г., и правила снега Миннесоты! Веб-сайт.

Многие факторы, включая ветер, влажность и таяние снега, могут сделать измерение снега сложной задачей. Будем надеяться, что следующий набор инструкции предоставят вам, наблюдателю, необходимые навыки чтобы предоставить точную информацию о снегопадах в предстоящий зимний сезон. Не волнуйтесь, если ваше оборудование для измерения снега не соответствует тому, что перечислено в инструкции. Просто измените инструкции, чтобы они соответствовали вашему оборудования, и не забывайте получать удовольствие от проведения этого важного услуга.Добровольцам предлагается принять участие в любом или всех из следующих наблюдения, нет необходимости вводить все возможные наблюдения для участия.

Данные можно вводить в английских или метрических единицах. Отчетность Перечисленные ниже требования к точности указаны для обоих типов устройств.

Каждый сезон, перед первым снег: ознакомьтесь со следующими инструкциями по измерению снега. Это просто забыть то, что нужно измерить. Даже синоптики NWS нуждаются в переподготовке каждый год, особенно после сезона малых снегопадов.

В начале каждого сезона снегопадов / морозов, если вы иметь ручной измеритель дождя, который будет использоваться для измерения воды эквивалент снега, снимите воронку и внутреннюю измерительную трубку восьмидюймовые ручные датчики дождя (или датчики другого типа), оставляющие только возможность перелива диаметром 8 дюймов, чтобы он мог более точно улавливать замерзшие осадки.
Разложите свои сноуборды и отметьте их расположение флажком. или какой-то другой индикатор, чтобы их можно было найти после тяжелого снегопад.Они должны быть расположены в непосредственной близости от вашей станции в открытое место (вдали от деревьев, препятствий и северной стороны конструкции в тени). Каждый сноуборд следует размещать в область, где снег накапливается относительно равномерно. В то же время, он должен находиться в удобном и доступном месте, но не в территория, которую часто беспокоят домашние животные, пешеходы и т. д. Цель состоит в том, чтобы добиться наиболее репрезентативного измерения снегонакопления. А сноуборд может быть простым куском фанеры, обычно размером 16 дюймов на 16 дюймов или 16 дюймов. х 24 дюйма.В идеале он должен быть окрашен в белый цвет, чтобы минимизировать нагревание Солнечный свет. Он служит плоской открытой поверхностью, на которой может быть снегопад. точно измерено.
Проверьте свой осадомер, чтобы убедиться в отсутствии утечек. Если есть утечки, примите соответствующие меры. Пластиковые дождемеры часто треснет и сломается, если внутри замерзнет вода. Как только ваше оборудование подготовлен к зиме вы готовы к снегопаду измерения.
Убедитесь, что у вас есть линейка или мерная линейка, чтобы найти и возьмите, когда пора выходить, и измерить снег.В идеале линейка должна быть откалибрована с точностью до десятых долей дюйма или для метрических отчетов, в мм или см.

Снегопад

Измерьте и запишите максимальное количество снегопадов скопившийся на вашем сноуборде (деревянная палуба или земля, если доска недоступно) с момента предыдущего наблюдения за снегопадом. Этот измерение следует проводить как минимум один раз в день (но можно до четырех раз в день, см. примечание ниже) и должны отражать наибольшую накопление нового снега, наблюдаемое с момента последнего наблюдения за снегопадом.Чтобы получить максимальную пользу от ваших наблюдений, их следует проводить в в то же время, что и снимки NWS Cooperative Observers: около 07:00 по местному времени. Разрешение измерения должно быть на уровне минимум дюймов и десятых долей, например 3,9 дюйма. (Метрические отчеты должно иметь разрешение не менее 0,2 см.) Если вы не можете следите за накоплением снега в любое время дня и ночи, используйте свой наилучшая оценка, основанная на измерении количества снегопадов в запланированный время наблюдения вместе со знанием того, что происходило во время за последние 24 часа.Если вас нет, чтобы увидеть величайший снег накопление, данные могут быть получены от других людей, которые были рядом станция во время снежного события. Если ваше наблюдение не основано на измерения, запишите в своих замечаниях, что количество снега дюймов основано на по смете «.

Помните, вы хотите сообщить о самом большом накоплении с момента последнее наблюдение. Если снегопад выпадал несколько раз за период, и каждый снегопад таял полностью или частично перед следующего снегопада, запишите сумму наибольшей глубины снега каждого событие и впишите в свои примечания «снегопад растаял во время OBS период ».Например, на вашу станцию влияют три отдельных снежных шквала. в течение 24-часового отчетного дня, скажем, 3,0, 2,2 и 1,5 дюйма. В снег от каждого события тает до следующего накопления и нет снег лежит на земле в запланированное время наблюдения. Общая снегопад для этого отчетного 24-часового дня является суммой трех отдельные снежные шквалы, 6,7 дюйма, даже если глубина снега на вашем борт в момент наблюдения был нулевым. Снег часто тает при приземлении. Если снег постоянно тает, когда он приземляется, и накопление никогда не достигает 0.001 дюйм (0,002 см) на измерительной поверхности, снегопад должен быть записать как след (T) и записать в своем примечании, что снег » растаял при приземлении «.

Важно измерять снегопад (и его глубину) в местах, где эффекты обдува и заноса сведены к минимуму. В поисках хорошего место, где равномерно скапливается снег, упрощает все остальные аспекты наблюдения и уменьшает многочисленные возможности для ошибки. В открытые участки, где невозможно избежать нанесенного ветром снега, несколько измерений часто может потребоваться получить среднюю глубину, и они не должны включать самые большие сугробы.В густо засаженных деревьями местах попробуйте найти открытая поляна среди деревьев. Измерения под деревьями неточно, так как на деревьях может скапливаться большое количество снега и никогда не достигайте земли.

Если позволяет ваш распорядок дня, вы можете устроить снегопад. наблюдение каждые 6 часов, начиная с вашего обычного расписания наблюдения. Это процедура, которой следует National Weather. Офисы прогнозирования услуг. Следуйте тем же правилам раз в день наблюдения, но зарегистрированное скопление снега будет самым большим за предыдущие шесть часов вместо 24 часов.Если вы возьмете наблюдения на этой частоте, убедитесь, что вы очистили свой сноуборд (или другую измерительную поверхность) не чаще одного раза в 6 часов. ваш отчет. Никогда не суммируйте более четырех шестичасовых наблюдений в определить общее количество снегопадов за 24 часа. Если вы используете более четырех наблюдений, это приведет к ложному увеличению количества снегопадов.

В то время как мокрый снег или ледяная крупа должны быть включены в количество снега, замерзание дождь (или гололед) никогда не следует сообщать как снегопад.

Если вы не собираетесь измерять водный эквивалент снегопада, после того, как вы закончите измерение снегопада, очистите снег от сноуборда.После полной очистки снега и льда от доску, переместите ее на поверхность имеющегося снега и отметьте флаг или другой маркер, чтобы вы могли найти его при следующем наблюдении. Никогда не оставляйте доску для измерения снега в углублении на снегу, так как в этом случае имеют тенденцию отклоняться и предоставлять нерепрезентативные данные.

Снег и вода Эквивалент снегопада

Измерьте водный эквивалент снегопада с момента предыдущего наблюдение. Это измерение проводится в указанное вами время наблюдение с использованием дождемера, который оставлен для сбора без используя воронку или внутреннюю трубку.Растопите содержимое манометра внутри ваш дом или другое отапливаемое помещение. Дайте манометру постоять ИЛИ добавьте воды, используя от внутренней трубки к большой внешней трубке, предварительно отметив ТОЧНОЕ количество во внутренней трубке добавляется. (Примечание: избегайте использования ГОРЯЧЕЙ воды в качестве пластиковый шаблон может треснуть). Залить объединенный талый снег плюс любые добавленные жидкость в воронку и внутреннюю измерительную трубку меньшего размера и измерьте величина должна быть не менее ближайшей 0,01 дюйма (0,2 мм). Вычтите любое количество воды, добавленное из вашего измеренного общего количества, и запишите результат.

Не измеряйте талые осадки непосредственно в большом внешний цилиндр. Убедитесь, что внутренняя измерительная трубка не упадет, когда налив в него жидкость. Если эквивалент талой воды (включая любую добавленную теплую воду) превышает один дюйм (4 дюйма) или 2 дюйма (8 дюймов) и не может поместиться в измерительную трубку одновременно, затем опорожните полную измерительную трубку и вылейте оставшуюся жидкость из большого внешнего цилиндра в опорожненная измерительная трубка. Затем добавьте и запишите водный эквивалент многократных измерений.Если вы добавили теплую воду к манометру, чтобы растопите снег, убедитесь, что вы точно измерили количество теплого добавили воду перед тем, как налить ее в манометр. Затем, когда вы возьмете измерения жидкости, вычтите количество добавленной теплой воды из общее измерение жидкости, чтобы получить конечный жидкий водный эквивалент снегопад.

По мере усиления ветра датчики собирают все меньше и меньше осадков. что на самом деле падает. ^* Вообще говоря, чем сильнее ветер и чем суше снег, тем меньше улавливается датчиком.если ты обратите внимание, что в колее меньше снега, чем скопилось на земле, или если снегопад глубже, чем сам датчик, или другое условие что привело к падению нерепрезентативной суммы в шкалу, вы потребуется взять образец снега. Чтобы взять стержень:

Вылейте весь имеющийся снег изнутри цилиндра, который будет использоваться взять образец снега, что иногда называют «взятием керна» или «резка бисквита». Если дрейф является фактором, найдите место, где занос минимален.Обычно это ровная площадка вдали от препятствия, такие как деревья и здания, хотя препятствия на некоторое расстояние может помочь свести к минимуму дрейф. В противном случае возьмите нарезку сверху вашего сноуборда. Переверните сливную банку и заставьте ее вниз по снегу. Обод будет вырезать цилиндрическую вертикаль образец. Если снег очень глубокий, возможно, придется толкать баллончик. на полпути к земле. Затем удалите снег и вылейте его в контейнер и вставьте банку в то же отверстие, чтобы получить оставшуюся часть снег.ВНИМАНИЕ: Если сноуборд НЕ использовался, не толкайте баллончик. через снег, измеренный во время предыдущего наблюдения, или его водный эквивалент будет учитываться в обоих измерениях. Сдвинуть кусок листовой металл или тонкое дерево под горлышком банки, чтобы предотвратить снег от выпадения. Возьмите снег в помещении, растопите его и получите водный эквивалент, как описано выше. Если есть вопрос по точность измерения водного эквивалента снега непосредственно в банке, сравните его с количеством, определенным в образце керна, и используйте большее из двух значений.

После того, как вы закончите измерение снегопада и эквивалента снега и воды снегопада, очистите сноуборд, как описано в последнем абзаце приведенных выше инструкций для снегопада.

^* Многие люди предполагают, что ширина колеи снижается. по мере увеличения скорости ветра из-за угла, под которым снег приближается к ширине колеи, что приводит к уменьшению «зоны ловли». Тем не мение, настоящая причина — отклонение частиц осадков вокруг манометра и иногда восходящие потоки, создаваемые над верхней частью измерять.Это приводит к тому, что хлопья, направляющиеся к отверстию, становятся отклонено.

Общая высота снежного покрова

Определите общую толщину снега, ледяной крупы или льда на земля. Это наблюдение проводится один раз в день в запланированное время наблюдение. Он берется путем измерения общей высоты снежного покрова на оголенный грунт на стационарно установленном снежном столбе или среднее значение нескольких показаний глубины в или около нормальной точки наблюдение с помощью мерной линейки. При использовании мерной линейки сделайте убедитесь, что палка задвинута вертикально в снег, пока нижняя часть палка упирается в землю.Не перепутайте слой льда или корку снег как «земля». Измерение должно отражать среднюю глубину снега, ледяной крупы и глазури на земле в обычном место измерения (не нарушенное деятельностью человека). Наблюдатели всегда следует следить за тем, чтобы они измеряли только глубину снега и не высота травы. Толстый газон может вместить несколько дюймов тяжелый снег в воздухе. Измерения с крыш, мощеных площадок, и тому подобное делать не должно.

Сообщите о высоте снежного покрова с точностью не менее 1 дюйма (1 см).Если вы сообщаете только с точностью до 1 дюйма (1 см), значения менее 0,001 дюйма (0,002 см) следует указывать как след (T).

Часто на очень холмистой местности вы будете сталкиваться с ситуация, когда снег не наблюдается на южных склонах во время снега, возможно глубокий, остается в затененных или обращенных на север областях. Под этими обстоятельства, вы должны здраво оценивать визуальное усреднение и затем измерьте высоту снежного покрова на открытых участках в пределах нескольких сотен ярдов. вокруг метеостанции.Например, если половина выставленных земля голая и наполовину покрыта шестидюймовым слоем снега, снег глубину следует вводить как среднее значение двух или трех дюймы. По вашему мнению, менее 50 процентов подвергшихся воздействию земля покрыта снегом, хотя на закрытых участках есть значительная глубина, высота снежного покрова должна быть записана как след (Т). Когда на открытых участках нет снега или льда (снег может присутствовать в прилегающих лесных или других охраняемых территориях), записать «0».

Когда сильный ветер занес снег, сделайте несколько измерений, где снег меньше всего пострадал от заноса и усреднить их. Если большинство открытые участки либо очищены от снега, на других имеются заносы, снова попробуйте совместить визуальное усреднение с измерениями, чтобы оценивать.

Снежная вода в эквиваленте общей высоты снежного покрова

Измерьте водный эквивалент ВСЕГО снега на земле … старого и нового. Эквивалент воды в снегу получается путем переворота датчика дождя. и проталкивая его через всю толщину снега на земле, представляет собой среднюю высоту снежного покрова.Следите, чтобы не падал снег из банки при удалении снежной сердцевины. Это очень полезно иметь твердый тонкий лист металла, чтобы скользить между поверхностью землю и край банки, чтобы аккуратно собрать весь образец снег. Затем снег тает и измеряется, как описано выше в инструкции для снегопада и водного эквивалента снегопада.

С точки зрения водных ресурсов, прогнозирование наводнений и инженерии, наиболее важное наблюдение (и то, что не принимается большинством погодные обозреватели) — это «Снежный водный эквивалент общей глубины снежного покрова».Это измерение очень важно, поскольку оно отражает количество вода, содержащаяся в общем снежном покрове, доступная для таяния и стечь при повышении температуры. Таким образом, его можно использовать для прогнозирования будущее водоснабжение и оценка возможности наводнения. Может также должны быть преобразованы в вес на единицу площади. Это число имеет решающее значение для контроль веса снега на крышах. Например, если есть 10 дюймов старого уплотненного снега на земле, он может содержать 3,0 дюйма воды содержание, которое составляет почти 15 фунтов на квадратный фут, если равномерно распределяется по земле и крышам.

Последнее изменение 15 октября 2009 г.

(PDF) Роль снежного покрова в потеплении вечной мерзлоты в Арктике

Логическая станция и радиометрические наблюдения, транзакции IEEE

по геологии и дистанционному зондированию, 30 (4), 793-798, 1992.

Goodrich , LE, Влияние снежного покрова на термический режим земли

, Canadian Geotechnical J., 24, 160 — 163, 1982 г.

Groisman, PY, и DR. снегопад над США и Канадой, Дж.Climate,

7 (1), 184–205, 1994.

Harris, RN, and DS Chapman, Температура в скважинах и базовый уровень для

Оценки глобального потепления 20-го века, Science, 275 (5306), 1618–1621 ,

1997.

Хуанг, С.П., Х.Н. Поллак и П.Я. Шен, Температурные тренды за последние пять веков за

, реконструированные по температурам в скважинах, Nature,

403 (6771), 756–758, 2000.

IPCC , Изменение климата 2001: научная основа, под редакцией Дж.T. Houghton,

Y. Ding, D. J. Griggs, M. Noguer, P. J. v. D. Linden, X. Dai, K. Maskell,

и C.A. Johnson, Cambridge Univ. Press, Cambridge, UK, 2001.

Koster, RD, MJ Suarez, A. Ducharne, M. Stieglitz, an d P. Kumar,

Подход к моделированию процессов на земной поверхности в модели общей циркуляции

на основе водосбора. 1. Структура модели, J. Geophys. Res.-Atmo-

сфер, 105 (D20), 24 809–24 822, 2000.

Lachenbruch, A.Х. и Б.В. Маршал, Изменение климата: геотермальные источники

, свидетельствующие о вечной мерзлоте в Арктике на Аляске, Science, 234, 689 — 696,

1986.

Лахенбрух, AH, JH Sass, BV Marshall, и TH Moses, Perma —

мороз, тепловой поток и геотермальный режим в Прудхо-Бэй, Аляска,

J. Geophys. Res., 87 (B11), 9301 — 9316, 1982.

Линч-Штиглиц, М., Разработка и проверка простой модели снега

для GISS GCM, J.Climate, 7 (12), 1842–1855, 1994.

Маккейн, Р. Б., Э. Б. Растеттер, Г. Р. Шейвер, К. Дж. Надельхоффер, AE

Гиблин, Дж. А. Лаундре и Ф. С. Чапин, Реконструкция и анализ

исторических изменений углерода хранение в арктической тундре, Экология, 78 (4),

1188 — 1198, 1997.

Оберман Н.Ф., Мажитова Г.Г. Динамика вечной мерзлоты на Севере —

Восток европейской части России в конце ХХ века. Норвежский

J. География, 55, 241 — 244, 2001.

Эчел В.К., С.Дж. Гастингс, Г. Вурлитис, М. Дженкинс, Г. Ричерс,

и Н. Грулке, Недавнее изменение экосистемы арктической тундры от чистого стока углекислого газа

к источнику, Nature, 361 (6412), 520– 523,

1993.

Osterkamp, TE, Bohehole Temperatures from the North Slope of Alaska,

1977–2001, обновлено 2001, Национальный центр данных по снегу и льду, Боулдер,

CO, 1999

Osterkamp, TE, Термическая история вечной мерзлоты на Аляске, принято для публикации

в Proceedings 8th International Conference on

Permafrost, Zurich, Switzerland, 2003.

Остеркамп, Т.Е., и В.Е. Романовский, Характеристики изменяющихся температур мерзлоты в Аляске, Арктике, США, Арктике и Альпах

Research, 28 (3), 267 — 273, 1996.

Osterkamp, TE , и В.Е. Романовский, Свидетельства потепления и оттаивания —

прерывистой вечной мерзлоты на Аляске, вечной мерзлоты и перигляциальных процессов

, 10 (1), 17 — 37, 1999.

Overpeck, J., et al., Arctic изменение окружающей среды за последние четыре столетия,

Наука, 278 (5341), 1251 — 1256, 1997.

Павлов А.В., Современные изменения климата и вечной мерзлоты в Арктике и

Субарктика России, вечная мерзлота и перигляциальные процессы, 5 (2), 101 —

110, 1994.

Петерсон Б.Дж., Холмс Р.М. , JW McClellan, CJ Vo¨ro¨smarty, RB

Lammers, AI Shiklomanov, IA Shiklomanov, S. Rahmstorf,

Увеличение расхода арктических рек: реакция и обратная связь на глобальные изменения климата

, Science, 298, 2171– 2173, 2002.

Романовский В.Е., М. Берджесс, М. Смит, К. Йошикава и Дж. Браун,

Температурные записи вечной мерзлоты: индикаторы изменения климата, EOS,

AGU Transactions, 83 (50), 2002.

Романовский, В.Е., и Т.Е. Остеркамп, «Изменения и воздействия в Perma-

: реакция заморозков на экономическое развитие, экологическую безопасность и

природных ресурсов», под редакцией Р. Паэпе и В. Мелиникинова, стр. 297–

315, Kluwer Academic Publishers, Дордрехт, Нидерланды, 2001.

Serreze, MC, JE Walsh, FS Chapin, T. Osterkamp, M. Dyurgerov,

V. Romanovsky, WC Oechel, J. Morison, T. Zhang, and RG Barry,

Наблюдательные свидетельства недавних изменений в северные высокие широты

Environment, Climatic Change, 46 (1-2), 159-207, 2000.

Shaver, GR, LC Johnson, DH Cades, G. Murray, JA Laundre, EB

Rastetter, KJ Nadelhoffer , и А.Е. Гиблин, Поток биомассы и CO2 в влажных осоковых тундрах

: реакция на питательные вещества, температуру и свет, Логические монографии Eco-

, 68 (1), 75 — 97, 1998.

Смит, М.В., и Д.У. Райзборо, Климат и пределы вечной мерзлоты

: зональный анализ, Вечная мерзлота и перигляциальные процессы, 13 (1), 1–

15, 2002.

Сократов С.А. и Р.Г. Барри, Внутрисезонное изменение термоизоляционного эффекта снежного покрова на температуру почвы и энергетический баланс, J. Geophys. Res.-Atmospheres, 107 (D10), 4093, DOI: 10.1029 /

2001JD000489, 2002.

Штиглиц, М., А.Дюшарн, Р. Костер и М. Суарес, Влияние физики снежного покрова de-

на моделирование снежного покрова и недр

термодинамики в континентальном масштабе, J. Hydrometeorology, 2 (3), 228 —

242, 2001.

Штиглиц, М., А. Гиблин, Дж. Хобби, М. Уильямс и Г. Клинг, Моделирование

эффектов изменения климата и изменчивости климата на динамику углерода

в арктической тундре, Global Biogeochem . Циклы, 14 (4), 1123 — 1136, 2000.

Стоун Р. С., Э. Дж. Даттон, Дж. М. Харрис и Д. Лонгенекер, Раннее весеннее таяние снега

на севере Аляски как индикатор изменения климата, J. Geo-

Phys. Res.-Atmospheres, 107 (D10), 4089, DOI: 10.1029 / 2000JD000286,

2002.

Штурм, М., К. Расин и К. Лента, Изменение климата — рост численности кустарников

в Арктике, Nature, 411 (6837), 546–547, 2001.

Е., Х.С., Чо, П.Е. Густафсон, Изменения снегонакопления в России

за 1936–1983 гг. И его пространственные закономерности, J.Climate,

11 (5), 856 — 863, 1998.

Zhang, T. и TE Osterkamp, Изменение климата и температуры вечной мерзлоты —

температур в Арктике Аляски, на 6-й Международной конференции по вечной мерзлоте —

. С. 783–788, South China Univ. of Technology Press, Washan

Guangzhou, China, Beijing, China, 1993.

Zhang, T., TE Osterkamp, and K. Stamnes, Некоторые характеристики климата

на севере Аляски, США, Arctic and Alpine Research, 28 (4),

509 — 518, 1996.



М. Штиглиц и С. Дж. Дери, Земная обсерватория Ламонта Доэрти,

Колумбийский университет

, Route 9W, Palisades , NY 10964, США. (marc @ ldeo.

columbia.edu)

В. Е. Романовский и Т. Е. Остеркамп, Геофизический институт,

Университет Аляски, Фэрбенкс, AK 99775-5780, США.

54 — 4 STIEGLITZ ET AL .: ПОТЕПЛЕНИЕ АРКТИЧЕСКОЙ МЕРЗОТЫ

Границы | Масштабирование осадков для пространственно распределенных гидрологических моделей по измеренному распределению снега

1.Введение

Пространственное распределение высоты снежного покрова может варьироваться в масштабе нескольких метров от зимы к зиме. Распределение снега сильно зависит от характера выпадения осадков, их перераспределения по ветру, температуре и солнечной радиации. Сезонный снежный покров в альпийской местности накапливает и накапливает большое количество воды и оказывает большое влияние на выпуск и доступность воды в течение года. Вода, хранящаяся в снегу, необходима для гидроэнергетики (Schaefli et al., 2007), водоснабжение и рекреационные мероприятия (Koenig and Abegg, 1997). Кроме того, на развитие флоры и фауны в альпийских и более низких возвышенностях влияет снежный покров (Wipf et al., 2009), а на формирование лавин существенно влияет пространственное и временное распределение снежного покрова (Schweizer et al., 2009). др., 2003).

Используя численные модели, можно смоделировать распределение снега в альпийской местности (Liston and Sturm, 1998; Gauer, 2001; Winstral et al., 2002; Vionnet et al., 2014). Моделирование можно использовать для понимания гидрологических процессов (Comola et al., 2015), для прогнозирования и текущего прогнозирования (Lehning et al., 1999; Bellaire et al., 2011) или оценки изменения климата (Bavay et al. , 2009). Пространственно распределенная физическая модель Alpine3D подходит для моделирования снега на крутых склонах альпийской местности (Lehning et al., 2006, 2008). Он отвечает за наиболее важные процессы, приводящие к накоплению снега, абляции, метаморфизму и обмену энергией с почвой, растительностью и атмосферой.Поскольку моделирование может стать дорогостоящим с точки зрения вычислений, не все процессы могут быть явно учтены в моделировании. Эффекты, вызванные ветром, такие как перенос снега и предпочтительное осаждение, могут быть включены (Lehning et al., 2008), но потребность в вычислениях резко возрастает. Поэтому этими эффектами часто пренебрегают, что приводит к ошибкам в распределении снега. Также подробное представление потоков энергии (Michlmayr et al., 2008) ограничивает применимость крупномасштабного моделирования с высоким пространственным разрешением.Неопределенности и отсутствие измерений метеорологических наблюдений, которые обычно используются в качестве входных данных, способствуют ошибкам в моделировании распределения снега (Schölgl et al., 2016), а измерения часто не репрезентативны для окрестностей автоматической метеостанции ( AWS) (Grünewald and Lehning, 2015).

В предыдущих исследованиях были протестированы различные простые методы распределения осадков с учетом сноса ветра. Большинство из них используют топографические особенности, такие как отметка, уклон, аспект и / или кривизна (Schuler et al., 2007; Huss et al., 2008; Магнуссон и др., 2014). Также рассчитываются более сложные параметры, например, топографическая открытость (Hanzer et al., 2016). Наиболее успешным топографическим параметром является параметр перераспределения Винстрала (Winstral et al., 2002, 2013), который, как было показано, дает хорошие результаты даже в довольно сложных условиях, если известно хотя бы среднее направление ветра (Schirmer et al., 2011). ).

Последние достижения в области методов дистанционного зондирования позволяют нам получать информацию о земной поверхности с высокой точностью по вертикали и высоким пространственным разрешением и позволяют по-новому взглянуть на распределение снега (Trujillo et al., 2007; Deems et al., 2013). Наземное лазерное сканирование (TLS) может использоваться для непрерывного измерения поверхности снега (Grünewald et al., 2010; Deems et al., 2013) и с очень высокой точностью (в среднем ошибка менее 20 см Prokop et al., 2008). . Однако этот метод трудоемок и ограничен только небольшими территориями (Bühler et al., 2013). Бортовые сканирующие устройства хорошо подходят для сбора информации о пространственном распределении и толщине снежного покрова на больших площадях. Использование оптико-электрического сканера для больших площадей дешевле, чем использование лазерного сканирования (Bühler et al., 2013). С помощью оптоэлектрического сканера получают стереоизображения, которые могут быть объединены в цифровую модель поверхности (DSM) (Kresse and Danko, 2012; Bühler et al., 2015). Если бесснежные DSM вычитаются из DSM с заснеженными территориями, могут быть сгенерированы карты пространственного распределения снега. Такие карты высоты снежного покрова, близкие по времени к максимальной сезонной высоте снежного покрова, были получены в последние годы для региона Давос, Швейцария (Bühler et al., 2012, 2013). Такие карты можно использовать для проверки эффективности численных моделей.Они также могут быть включены в качестве входных данных для улучшения характеристик модели (например, Revuelto et al., 2016). Они использовали данные TLS для корректировки высоты снежного покрова в те даты, когда сканирование TLS было доступно при моделировании в разные зимы. Этот метод позволяет корректировать глубину снежного покрова на временных шагах, где доступна информация TLS, и было показано, что он улучшает моделирование высоты снежного покрова. Однако для этого метода либо требуется несколько сканирований TLS за зиму, либо он обеспечит точное распределение высоты снега только во время сканирования TLS или сразу после него и во время периодов таяния снега.В периоды накопления снега информация TLS важна для повышения производительности моделирования. Кроме того, слоистость снежного покрова и микроструктура снега могут быть плохо представлены, когда смоделированная высота снежного покрова отклоняется от фактической высоты снежного покрова в течение длительных периодов времени.

В данной работе представлен простой метод масштабирования осадков с использованием наборов данных дистанционного зондирования. Метод направлен на достижение точного моделирования сезонного снежного покрова только за один прогон моделирования. Особенностью модели является то, что она различает различные режимы выпадения осадков в зависимости от фазы выпадения осадков.Сравнение методов масштабирования с методами без масштабирования и методом итеративного масштабирования проводится для количественной оценки повышения точности на основе масштабирования. Исследуются и описываются проблемы и ограничения методов.

2. Методы

2.1. Описание сайта

Для исследования возможности выпадения осадков в районе города Давос, Швейцария, была выбрана. Для этого района доступно несколько наборов данных дистанционного зондирования с помощью цифровых датчиков (ADS) о сезонном распределении снега (Bühler et al., 2015). Эта область была основой для многочисленных исследовательских проектов, и в этой области проводилось численное моделирование для различных приложений (например, Zappa et al., 2003; Bavay et al., 2009; Mott et al., 2011). Область моделирования охватывает площадь 21,5 × 21,5 км с центром вокруг долины Дишма к юго-востоку от Давоса (см. Рисунок 1). Средняя высота области 2256 м над уровнем моря. с минимальной отметкой 1255 м над уровнем моря. и самый высокий пик 3218 м. Нижние участки, ниже ~ 1800 м.a.s.l., в основном покрыты лесом (13,2% территории), а также инфраструктурой и зданиями Давоса (1,3% территории). Более высокие участки в основном покрыты альпийскими лугами (21,8% территории), переходящими в скалистые и ледниковые области на самых высоких отметках области. Ледниковые районы занимают 2,9% территории. Наиболее доминирующий характер выпадения осадков определяется градиентом высоты. Количество осадков в Weissfluhjoch примерно в два раза выше, чем в Давосе (Wever, 2015).

Рисунок 1.Обзор области моделирования в районе Давоса, Швейцария (черная рамка), экстент ADS (бортовой цифровой датчик) Ванненграт (зеленая рамка) и экстент ADS Dischma (красная рамка) . AWS, используемые для ввода Alpine3D с (красные звезды) и без дождемера с подогревом (зеленые точки). Карты воспроизведены с разрешения swisstopo (JA100118).

Несколько метеорологических станций расположены в пределах области моделирования (см. Рисунок 1). Большинство из них относятся к Межкантональной измерительной и информационной системе, постоянно действующей сети для предупреждения о лавинах (Lehning et al., 1999). Эти станции измеряют общие метеорологические параметры, такие как температура воздуха, почвы и снега, скорость и направление ветра, относительная влажность и высота снежного покрова, а также отраженное коротковолновое излучение, но не осадки. Метеорологическая станция в Weissfluhjoch (WFJ, 2540 м над уровнем моря) и одна в Давосе (DAV, 1596 м над уровнем моря), принадлежащие SwissMetNet от MeteoSwiss (Heimo et al., 2007), оснащены дождемерами с подогревом, предоставляющими информацию об осадках в разные периоды. возвышения. Эти станции также оснащены датчиками для измерения приходящей коротковолновой радиации и приходящей длинноволновой радиации.На рисунке 1 представлен обзор расположения и протяженности домена моделирования и экстентов ADS, включая расположение и кодовые названия сайтов AWS.

2.2. Данные дистанционного зондирования

Карты измеренного пространственного распределения высоты снежного покрова были созданы с использованием информации, полученной с помощью технологии ADS (Bühler et al., 2015). Оптико-электрические линейные сканеры ADS80 и ADS100 от Leica Geosystems использовались для получения летних и зимних стереоизображений за разные годы над районами Дишма и Ванненграт близ Давоса (см.Фигура 1). Набор данных ADS, охватывающий район Ванненграт (~ 3,5 × 7,5 км) и район Дишма (~ 7 × 17 км), объединяются и обрабатываются как один набор данных. Полученные изображения были обработаны в цифровые модели поверхности (DSM) для лета и зимы (Bühler et al., 2012). Вычитание зимнего DSM из летнего DSM дает карты высоты снежного покрова. Разрешение окончательных карт высоты снежного покрова составляет 2 м со средней точностью по вертикали ± 30 см (Bühler et al., 2015).

Чтобы использовать данные ADS для масштабирования, они были повторно дискретизированы до разрешения 100 м путем усреднения, когда данные содержали более 50% точек сетки.Если более 50% точек сетки не содержали данных, также для точки сетки после повторной выборки не было данных. Высота снежного покрова на территориях, покрытых лесом, кустарником, зданиями и водоемами, не может быть определена с использованием технологии ADS (Bühler et al., 2015), поэтому они не включены в наборы данных. В этом исследовании использовались наборы данных ADS от 20 марта 2012 г., 15 апреля 2013 г. и 17 апреля 2014 г. Все карты высоты снежного покрова были рассчитаны с использованием летней DSM от 3 сентября 2013 г. На рисунке 2 показаны данные ADS за 20 марта 2012 г. с разрешением 100 м.

Рис. 2. Карта высоты снежного покрова ADS от 20 марта 2012 г. с повторной дискретизацией с разрешением 100 м . Легенда показывает высоту снежного покрова [м] и соответствует 2–98 кумулятивным процентам данных. Карта воспроизведена с разрешения swisstopo (JA100118).

2.3. Численное моделирование

2.3.1. Модели

Alpine3D — это модель процессов на горной поверхности с открытым исходным кодом, в которой особое внимание уделяется снежному покрову. Он был разработан для гидрологических, метеорологических предупреждений и предупреждений о лавинах на крутых склонах альпийской местности (Lehning et al., 2006). Он состоит из нескольких модулей, имитирующих различные процессы: модуля для переноса снега (Lehning et al., 2008; Groot Zwaaftink et al., 2011), модуля для моделирования радиационных полей в сложной местности (Michlmayr et al., 2008; Helbig , 2009) или модуль для предоставления данных о стоке, чтобы связать их со схемой гидрологической маршрутизации (Gallice et al., 2016). Поскольку модуль транспортировки снега требует вычисления трехмерных полей ветра и требует очень больших вычислительных затрат, он не использовался для моделирования в этой работе.Точно так же поля излучения обрабатывались более простым модулем, который учитывает эффекты затенения, атмосферное ослабление и упрощенное представление излучения, отраженного окружающей местностью, на основе подхода факторов обзора (аналогично Anslow et al., 2008; Endrizzi et al. др., 2014).

По своей сути, Alpine3D представляет собой распределенную версию модели SNOWPACK (Bartelt and Lehning, 2002; Lehning et al., 2002a, b): 1D-моделирование запускается для всех точек сетки в области моделирования, а затем обрабатывается другими модулями. .Модель SNOWPACK описывает физические процессы внутри и между почвой, снегом и растительностью и пограничным слоем атмосферы с высокой точностью (Wever et al., 2014, 2015). Например, он может моделировать отложение и повторную сублимацию поверхностного инея, проникновение коротких волн в снежный покров и локальные фазовые изменения. Он использует переменное количество слоев с типичной толщиной менее 2 см и дает общее надежное представление о локальном балансе снежной массы, если доступны точные данные о воздействии.

Данные о метеорологическом воздействии взяты с AWS. Эти необработанные данные фильтруются и предварительно обрабатываются (подробнее в разделе 2.3.2) с использованием библиотеки MeteoIO с открытым исходным кодом (Bavay and Egger, 2014) перед входом в ядро модели. Поскольку библиотека MeteoIO вычисляет распределенное метеорологическое воздействие, представленный здесь метод масштабирования осадков был непосредственно реализован в MeteoIO в качестве еще одного алгоритма пространственной интерполяции. Alpine3D используется здесь в качестве основы для определения возможности масштабирования входных данных об осадках для повышения точности пространственного распределения снега в численных моделях.

2.3.2. Входные данные

Для представленного здесь моделирования все входные данные берутся из AWS и интерполируются в области моделирования. Две станции SwissMetNet используются для приходящего коротковолнового и длинноволнового излучения. Ввод осадков выбирается в зависимости от моделирования и объясняется позже. Остальные параметры интерполируются со всех АРМ. В зависимости от количества входных источников применяются разные методы интерполяции для распределения наблюдений по области.Если ни один или только один источник недоступен, для генерации распределенного ввода используется значение по умолчанию или постоянное значение (CST) или предварительно заданная скорость задержки (CST-LAPSE). Кроме того, если доступны по крайней мере два источника, можно рассчитать градиент (LAPSE). Если доступно более двух источников, для интерполяции может применяться комбинация обратного взвешивания расстояния и градиента (IDW-LAPSE) (Bavay and Egger, 2014). Для большинства исходных данных, кроме осадков, для интерполяции используется IDW-LAPSE. Для осадков обычно доступно лишь несколько входных данных, и IDW-LAPSE используется редко.

В этом исследовании мы использовали два разных метода интерполяции осадков. Для моделирования с двумя дождемерами мы интерполировали только градиент. Для моделирования с более чем двумя входными данными об осадках мы использовали комбинацию обратного взвешивания расстояний и градиента (Bavay and Egger, 2014). Для представленного здесь моделирования используются два разных источника поступления осадков. Моделирование с использованием ежечасных наблюдений от двух дождемеров с подогревом, интерполированных на область моделирования, называется [PSUM], поскольку в качестве входных данных используются суммы осадков.Моделирование, в котором осадки образуются в результате изменения высоты снежного покрова, измеренного с помощью AWS (Lehning et al., 1999; Wever et al., 2015), называют [HS]. Используя SNOWPACK, рассчитывается количество осадков, соответствующее наблюдаемому изменению высоты снежного покрова, с учетом его плотности и оседания. Всего 9 AWS используются для ввода осадков. Моделирование [PSUM] и [HS] являются традиционными методами без масштабирования, используемыми в качестве эталона для сравнения с методами масштабирования и служат в качестве базового поля осадков для методов масштабирования.Методы интерполяции для различных источников входного сигнала приведены в таблице 1.

Таблица 1. Обзор входных данных и методов интерполяции, используемых при моделировании .

При использовании дождемеров с подогревом в качестве входных данных об осадках данные за зиму 2012/13 и 2013/14 гг. Скорректированы на недобор согласно Goodison et al. (1998). Необычные метеорологические условия зимой 2011/12 г. с сильными ветрами и связанным с этим повышенным переносом снега, привели к ситуации, когда корректировка недогнала не требовалась для точного представления высоты снежного покрова в точках измерения WFJ и DAV (Wever et al., 2015), поэтому этой зимой поправка на недобор не применялась ни к одному из расчетов.

2.3.3. Метод прямого масштабирования

Метод прямого масштабирования предназначен для масштабирования входных данных об осадках только за один прогон моделирования и может применяться к любым входным данным по осадкам. Здесь входы [PSUM] и [HS] используются для тестирования прямого масштабирования. Во-первых, осадки интерполируются с использованием LAPSE ([PSUM]) или IDW-LAPSE ([HS]) для получения первоначального предположения о поле осадков по всей области моделирования.На втором этапе осадки перераспределяются с использованием информации о высоте снежного покрова из данных ADS в соответствии с уравнением (1):

Pi, t = Pavg, tHSavg · HSi (1)

P _{i, t} — количество взвешенных осадков, распределенных в точке сетки i во время t . P _{avg, t} — среднее пространственное интерполированное количество осадков во время t , HS _avg — средняя высота снежного покрова данных ADS для той же области и HS _i — высота снежного покрова ADS в точке сетки i .Перераспределение осадков производится только для точек сетки, где доступна информация ADS. P _{avg, t} рассчитывается только для области, где доступна информация ADS, чтобы гарантировать сохранение массы. Информация ADS (например, HS _avg, HS _i) всегда берется из одного из трех доступных наборов данных ADS, в зависимости от моделируемой зимы. Это простое масштабирование предполагает, что поправочный коэффициент для пространственных осадков не зависит от времени.Такой подход масштабирования приводит к разделению между вводом общего количества осадков и масштабированием распределения. Суммарная масса осадков, интерполированная на область, строго сохраняется при перераспределении и масштабировании на область.

Чтобы учесть различные модели выпадения твердых и жидких осадков, осадки перераспределяются и масштабируются только тогда, когда температура воздуха (TA) в ячейке сетки ниже определенного порогового значения. Следовательно, TA интерполируется по области моделирования с использованием IDW-LAPSE.Если температура воздуха в точке сетки выше этого порога, предполагается, что выпадают только жидкие осадки и масштабирование не применяется, предполагая, что интерполяция уже является хорошим приближением для моделей осадков. Если температура воздуха ниже порогового значения, применяется распределение согласно уравнению (1). Пороговое значение для всех симуляций, проведенных в этом исследовании, установлено на 1,2 ° C. На рисунке 3 схематично показана структура метода масштабирования. Вход масштабирования моделирования [PSUM] называется [PAT] (от PSUM-ADS-Threshold), вход масштабирования моделирования [HS] называется [HAT] (от HS-ADS-Threshold).

Рисунок 3. Блок-схема метода прямого масштабирования . Поле температуры воздуха (TA) и осадков (P) генерируется для каждого временного шага из местных временных рядов на AWS. В зависимости от температуры воздуха в каждой точке сетки принимается решение, масштабируются ли интерполированные осадки в соответствии с данными ADS или нет.

2.3.4. Метод итеративного масштабирования

Результаты начального масштабирования могут быть значительно улучшены за счет дополнительной итерации, которая учитывает отклонение между смоделированной и измеренной высотой снежного покрова после первого прогона модели.Дополнительные вычислительные затраты могут быть оправданы для приложений, в которых важно точное распределение высоты снежного покрова, а также одновременное поддержание правильного пространственного и своевременного моделирования отдельных событий снегопада (например, прогноз снежной лавины). Здесь мы также исследуем улучшение распределения высоты снежного покрова с помощью подхода итеративного масштабирования [ALS2] (из сканирования ландшафта с воздуха с 2 прогонами моделирования) по сравнению с прямым масштабированием.

Для моделирования [ALS2] сетки осадков рассчитываются для каждого временного шага и вводятся в модель путем оценки осадков в каждой точке сетки пропорционально отношению средней высоты снежного покрова в данных ADS на отметке дождемера (см.Уравнение 2).

Pi, t = PDAV, tHS1595 · HSi (2)

P _{i, t} — это количество осадков, выделенное для точки сетки i на временном шаге t , P _{DAV, t} — измеренное количество осадков во время t на станции Давос (DAV), HS ₁₅₉₅ — средняя высота снежного покрова во всех точках сетки на высоте 1595 м над уровнем моря. (± 10 м), что соответствует высоте станции Давос, а HS _i — высота снежного покрова ADS в точке сетки i .Предполагается, что средняя высота снежного покрова на этой высоте представлена осадками, измеренными в DAV.

На основе полученного распределения снега на дату, когда был получен набор данных ADS, рассчитывается корректирующая сетка (см. Уравнение 3). С помощью этой корректирующей сетки все входные сетки осадков из первого моделирования корректируются (см. Уравнение 4). Моделирование запускается повторно с использованием скорректированных входных сеток осадков.

fc, i = HSiHSALS, i (3) P2, i, t = Pi, t · fc, i (4)

P _{2, i, t} — это скорректированные осадки для точки сетки i во время t . P _{i, t} — исходное поле осадков, используемое в первом прогоне моделирования (см. Уравнение 2), f _{c, i} — поправочный коэффициент для точки сетки i , HS _i — это высота снежного покрова ADS, а HS _{ALS, i} — высота снежного покрова, полученная в результате первого прогона в точке сетки i . Этот итерационный метод требует значительно больше усилий и корректировки модели, поскольку моделирование необходимо проводить дважды.

2.4. Установки для моделирования

Для двух источников осадков, описанных выше, было проведено немасштабируемое моделирование ([PSUM] и [HS]). Для тех же входных данных об осадках, которые использовались в [PSUM] и [HS], моделирование было проведено с использованием прямого масштабирования, что привело к экспериментам [PAT] и [HAT]. [PAT] — это масштабированная симуляция [PSUM], а [HAT] — масштабированная симуляция [HS]. Кроме того, было проведено моделирование для метода итеративного масштабирования [ALS2]. Для всех схем моделирования варьировалось только количество осадков.Все остальные входные данные остались неизменными и были одинаковыми для любого моделирования. Моделирование проводилось для зимы 2011/12, 2012/13 и 2013/14. Для масштабирования использовались данные ADS за март 2012 г., апрель 2013 г. и 2014 г. Моделирование проводилось с августа по июль. Чтобы оценить потенциал межгодового масштабирования, моделирование прямого масштабирования было выполнено с использованием всех наборов данных ADS для масштабирования всех смоделированных зим, например, зима 2011/12 г. была смоделирована с использованием соответствующего набора данных ADS 2012 для масштабирования, а также наборов данных за 2013 и 2014 гг. .То же самое было сделано зимой 2012/13 и 2013/14. Это межгодовое масштабирование можно рассматривать как вариант перекрестной проверки, но оно также представляет практический интерес, поскольку оно должно показать, как распределение снега, полученное с некоторыми усилиями в конкретный год, может затем использоваться в другие годы.

2,5. Анализ данных

Анализ результатов моделирования проводился для дат сбора данных ADS. На основе смоделированной высоты снежного покрова и данных ADS вычисляются относительные и абсолютные ошибки для каждой точки сетки и сравниваются.Абсолютные ошибки вычисляются согласно уравнению (5), а относительные ошибки — согласно уравнению (6).

ΔHS = HSsim-HSADS [м] (5) δHS = HSsim-HSADSHSADS + 0,0001 м [-] (6)

Δ HS — абсолютная ошибка высоты снежного покрова, δ HS — относительная ошибка высоты снежного покрова, HS _sim — высота снежного покрова, смоделированная с помощью Alpine3D в ту же дату, когда были получены данные ADS. и HS _ADS — информация о высоте снежного покрова из набора данных ADS на 100 м.Чтобы избежать деления на ноль, 0,0001 м высоты снежного покрова добавляется к высоте снежного покрова ADS при вычислении относительных ошибок. Кроме того, относительные ошибки больше 5 и меньше -5 классифицируются как выбросы и исключаются из анализа данных. При небольшой высоте снежного покрова относительная ошибка очень чувствительна, а небольшие абсолютные ошибки в высоте снежного покрова могут привести к очень высоким относительным ошибкам. Тем не менее, относительная ошибка полезна для выявления ошибок при моделировании высоты снежного покрова на сложной местности в мелком масштабе, например.г., по гребням или впадинам. Здесь мы концентрируемся на абсолютной ошибке, и отображаются карты абсолютных ошибок различных моделей. Карты относительных ошибок можно найти в дополнительном материале.

3. Результаты и обсуждение

3.1. Моделирование без масштабирования

В моделировании без масштабирования [PSUM] для зимы 2011/12 г. местная высота снежного покрова завышена или занижена, но максимальные ошибки остаются менее ± 2 м. Наиболее сильные недооценки имели место на самых высоких отметках на юго-востоке области моделирования (см.Рисунки 4A, B). Этот район также наиболее удален от дождемеров. Завышение произошло на всех высотах и в основном на северных склонах. Распределение ошибок для зим 2012/13 и 2013/14 годов аналогично (см. Таблицу 2). Рисунок 4B показывает, что небольшая высота снежного покрова на малых высотах обычно переоценивается при моделировании. На больших высотах недооценка происходит почти с той же частотой, что и завышение, и величина ошибки увеличивается с увеличением высоты. Средняя абсолютная ошибка равна 0.044 м со стандартным отклонением 0,569 м. Средняя масса снега очень точно распределяется двумя дождемерами. Учитывая тот факт, что другие исследования (например, Grünewald and Lehning, 2011) обнаружили, что две станции, как правило, не могут точно отображать градиенты высот в горном водосборе, мы считаем совпадением то, что эти два дождемера могут отображать распределенную массу. в этом водосборе точно. Зависимость ошибок от вида склонов присутствует, но не очень сильная.Небольшая высота снежного покрова обычно наблюдается на склонах, обращенных к югу, тогда как наибольшая высота снежного покрова находится на склонах, обращенных к северу. Результаты для зимы 2012/13 г. аналогичны и суммированы в Таблице 2 и на Рисунке 5. Для зимы 2013/14 г. средняя ошибка составила 0,174 м, а стандартное отклонение — 0,399 м.

Рис. 4. (A, C, D, E, G) Карты абсолютных ошибок высоты снежного покрова между результатами моделирования и набором данных ADS за 20 марта 2012 г. (B, D, F, H) Диаграммы рассеяния смоделированных против высоты снежного покрова ADS на 20 марта 2012 г.На графиках показаны результаты моделирования [PSUM], [HS], [PAT] и [ALS2] за зиму 2011/12 г. Диапазон абсолютных ошибок показывает 2–98 кумулятивных процентов данных для [PSUM], [HS] и [ALS2]. Для [PAT] диапазон данных идентичен диапазону данных [PSUM]. Цвета на диаграммах рассеяния соответствуют высоте в [PSUM] и аспекту точки сетки для других. Карты воспроизведены с разрешения swisstopo (JA100118).

Таблица 2. Обзор статистики относительных (отн.) И абсолютных (абс.) Ошибок [среднего и стандартного отклонения (стандартное отклонение)] для всех проведенных имитаций .

Рисунок 5. (A) График средней абсолютной ошибки и стандартного отклонения, (B) График средней относительной ошибки и стандартного отклонения для моделирования без масштабирования и масштабирования для зимы 2011/12, 2012/13, и 2013/14. Стрелки указывают эффект масштабирования. Симуляторы зимы 2011/12 выделены красным цветом.

В моделировании [HS] диапазон абсолютной ошибки аналогичен моделированию [PSUM]. Самые отрицательные ошибки в высоте снежного покрова присутствуют в высокогорной местности, а самые положительные ошибки — на более низких высотах (см.Рисунок 4C). На рисунке 4D показано отклонение высоты снежного покрова от набора данных ADS 2012 для каждой точки сетки. Понятно, что диапазон высоты снежного покрова при моделировании ограничен от 1,5 до 2,5 м, тогда как высота снежного покрова ADS варьируется от 0,5 до более 4 м. Это указывает на то, что неадекватный градиент атмосферных осадков был рассчитан по станциям измерения высоты снежного покрова. Небольшая высота снежного покрова на более низких высотах обычно переоценивается, а большая высота снежного покрова обычно недооценивается. Средняя абсолютная ошибка составляет -0.18 м со стандартным отклонением 0,657 м. Меньшая высота снежного покрова обычно моделируется на южных склонах, тогда как наибольшая высота снежного покрова наблюдается на северных склонах. Результаты зимы 2012/13 года аналогичны результатам зимы 2011/12 года. Для зимы 2013/14 г. абсолютная средняя ошибка составила всего 0,057 м при стандартном отклонении 0,512 м (см. Таблицу 2).

3.2. Прямое масштабирование

Моделирование с использованием подхода масштабирования [PAT] хорошо отражает среднюю высоту снежного покрова (средняя абсолютная ошибка для зимы 2011/12 г. = -0.01 м). Также стандартное отклонение ошибки довольно низкое — 0,195 м. Небольшая высота снежного покрова обычно немного недооценивается, тогда как большая высота снежного покрова слегка переоценивается (см. Рисунки 4E, F). Видно завышение и недооценка в зависимости от аспекта уклона. Склоны, обращенные на север, обычно переоцениваются, а высота снежного покрова на склонах, обращенных на юг, недооценивается. Результаты для других зим аналогичны и показаны в Таблице 2.

Результаты моделирования [HAT] аналогичны результатам [PAT], но в целом недооценивают высоту снежного покрова.Средняя абсолютная ошибка составляет -0,24 м со стандартным отклонением 0,19 м для зимы 2011/12 года. Для зимы 2012/13 года средняя ошибка была немного ниже, а стандартное отклонение уменьшилось с 0,486 м до 0,162 м. Для зимы 2013/14 стандартные отклонения были в том же диапазоне, что и для других зим, но с самой низкой средней ошибкой 0,018 м.

Сравнивая моделирование без масштабирования с моделированием с прямым масштабированием с теми же входными данными по осадкам (см. Рисунок 5A), можно констатировать, что для любого моделирования с использованием масштабирования стандартное отклонение сильно уменьшается.Зимой 2011/12 и 2012/13 гг. Он уменьшается до менее 0,23 м для всех экспериментов по масштабированию. Зимой 2013/14 г. для моделирования с использованием дождемера не произошло значительного уменьшения стандартного отклонения результатов абсолютной погрешности. В основном это связано с относительно небольшой высотой снежного покрова этой зимой и завышенной оценкой общего количества осадков в моделировании [PSUM] / [PAT]. Этот эффект становится заметным при рассмотрении изменения относительных ошибок (см. Рисунок 5B). Видно, что стандартное отклонение относительных ошибок значительно уменьшается.Для всех моделей очевидно уменьшение общей высоты снежного покрова примерно на 10 см для зимы 2011/12 и 2012/13 годов.

3.3. Итеративное масштабирование

Используя результаты первого прогона для корректировки поля осадков, средняя ошибка и стандартное отклонение значительно уменьшены в [ALS2] до очень хорошего представления распределения высоты снежного покрова (см. Рисунки 4G, H). После второго прогона итеративного моделирования высота снежного покрова на южных склонах, как правило, немного занижена, тогда как на северных склонах они немного завышены.Средняя абсолютная ошибка зимой 2011/12 г. составляет 0,064 м при стандартном отклонении 0,06 м. Для зимы 2012/13 года средняя ошибка равна 0,059 м со стандартным отклонением 0,12 м (см. Таблицу 2). Зимой 2013/14 года моделирование не проводилось.

3.4. Обсуждение Scaling Influence

Результаты моделирования показывают, что в зависимости от выбранного количества осадков и применяемого метода масштабирования получаются большие вариации результатов. Проблема безмасштабных методов состоит в том, что эффективный диапазон высот снежного покрова в области до более 4 м не отображается правильно.Обычно они возникают в результате локальных процессов (например, перенос снега) и / или географических градиентов осадков, которые не фиксируются механизмами интерполяции.

Поскольку в моделировании [PSUM] используются только два дождемера, IDW не применяется, и интерполяция не может учитывать климатологический градиент север-юг в области. Поэтому мы предполагаем, что интерполяция с использованием только градиентной скорости не может представить полный диапазон распределения снега для области моделирования.Поскольку средняя ошибка в высоте снежного покрова довольно мала, можно также сказать, что наблюдения за осадками действительно хорошо представляют общее количество осадков, но правильное пространственное распределение отсутствует. Точная интерполяция общего количества осадков по двум дождемерам также является совпадением, поскольку более ранние исследования водосборного бассейна (Grünewald and Lehning, 2011, 2015) показали, что отдельные станции обычно не репрезентативны для этого типа местности.

В моделировании [HS] интерполяция выполняется с использованием IDW-LAPSE.Несмотря на то, что 9 входных данных об осадках интерполированы, диапазон высоты снежного покрова не был представлен. Мы предполагаем, что это в основном связано с тем, что измеренная с помощью AWS высота снежного покрова показывает ограниченную репрезентативность для окрестностей станций (Grünewald and Lehning, 2015), и поэтому рассчитанные осадки не являются достаточными исходными данными для всей области моделирования. Это показывает, что ввод осадков должен быть репрезентативным для большей площади, чем только точка, где производится наблюдение.Кроме того, станции не расположены в очень открытых местах, и их данные не могут учитывать дующий ветер, неглубокий снежный покров вдоль горных хребтов или занесенные заносом овраги в их окрестностях, где, как правило, станции не размещаются.

Метод [ALS2] дает наилучшие результаты с точки зрения разброса ошибок (стандартное отклонение = 0,06 м) и очень маленькой средней ошибки 0,064 м для 2011/12 года. В основном это связано с тем, что есть итерация, в отличие от других методов. Это делает этот метод наиболее надежным из всех, протестированных в данном исследовании, но для достижения хороших результатов требуется два прогона моделирования.Небольшие ошибки, все еще очевидные в [ALS2], являются результатом нелинейного оседания снежного покрова. Уменьшение количества осадков в 2 раза не приводит к уменьшению высоты снежного покрова в 2 раза, а немного меньше. Регулировка количества осадков больше всего влияет на оседание, вызванное собственным весом снежного покрова. Когда масса снега уменьшается, оседание непропорционально уменьшается из-за недостающей массы и наоборот, что приводит к небольшим ошибкам при моделировании высоты снежного покрова. Поскольку итерационный подход не зависит от прямых измерений осадков, среднее количество осадков можно оценить с наивысшей точностью из всех испытанных методов.

Метод прямого масштабирования перераспределяет осадки, рассчитанные по базовому методу [PSUM] или [HS]. Следовательно, влияние масштабирования на среднюю ошибку невелико и во многом зависит от количества осадков. Общая масса осадков, выделенная базовым методом, не подвергается влиянию, и изменения средних ошибок происходят только из-за перераспределения массы осадков в другие точки сетки, на которые затем по-разному влияют температура, радиация, дождь или метаморфизм, которые все влияют на оседает и приводит к изменению высоты снежного покрова.

Для всех масштабных прогонов очевидно, что для склонов, обращенных на юг, высота снежного покрова в основном занижена, тогда как на склонах, выходящих на север, она в основном завышена. Влияние аспекта на результаты будет рассмотрено ниже.

Если посмотреть на абсолютную ошибку для моделирования [PSUM] и [PAT], ошибки сильно уменьшатся. Средняя ошибка изменяется незначительно из-за сохранения массы в методе масштабирования, но стандартное отклонение уменьшается в 2 раза.9 с 0,569 м до 0,195 м, что приводит к общей погрешности менее ± 1 м. Влияние метода [HAT] на ошибки сравнимо с методом [PAT]. Стандартное отклонение абсолютной погрешности уменьшается всего с 3,4 до 0,192 м. Средняя ошибка немного смещается в более отрицательную область. Этот сдвиг в основном связан с перераспределением осадков в другие точки сетки, что приводит к различиям в оседании, как обсуждалось выше.

На рис. 5A показано улучшение пространственного представления высоты снежного покрова при использовании методов масштабирования.Для любого входного количества осадков стандартное отклонение ошибки уменьшается до 3,4 для зимы 2011/12 г. и до 2 для зимы 2012/13 г. Только для моделирования зимы 2013/14 года с использованием дождемера эффект масштабирования довольно невелик. Это связано с в целом небольшой высотой снежного покрова в данных ADS этой зимой (см. Рисунок 6). Если посмотреть на относительную погрешность (см. Рис. 5B), стандартное отклонение также сильно уменьшается для зимы 2013/14 года. Тем не менее, к этим значениям следует относиться с осторожностью.Относительная ошибка очень чувствительна на небольшой высоте снежного покрова, где небольшая абсолютная ошибка может привести к большой относительной ошибке. Это ясно показывает, что при исследовании характеристик модели необходимо учитывать как относительную, так и абсолютную погрешность, особенно при частом возникновении снега небольшой высоты.

Рисунок 6. Частоты высоты снежного покрова для всех наборов данных ADS . Синие полосы представляют ADS 2012, красные полосы — ADS 2013, а желтые полосы — набор данных ADS 2014.Размер ячейки гистограммы 10 см. Ось X срезана на расстоянии 5 м для повышения читаемости.

Для моделирования высоты снежного покрова для зимы 2013/14 г. эффект масштабирования также четко виден в изменении абсолютных ошибок. Мы предполагаем, что не только данные ADS имеют решающее значение для хороших результатов масштабирования, но также важна общая масса осадков. Если выпадает слишком много осадков, масштабирование будет менее эффективным из-за чрезмерного поступления осадков, что приведет к сглаживанию снежного покрова.Сглаживание происходит из-за того, что более глубокий снег оседает больше, чем более тонкий снег. Если выпадает правильное или слишком маленькое количество осадков, масштабирование оказывает более сильное влияние на правильное перераспределение. Это можно увидеть при сравнении двух симуляций для зимы 2013/14.

Для всех симуляций с использованием масштабирования очевиден отрицательный дрейф средней ошибки. И это несмотря на то, что механизм масштабирования сохраняет общую массу осадков, выделенную основным методом без масштабирования (см.Уравнение 1). Сдвиг происходит из-за информации об осаждении и плавлении в наборах данных ADS. Набор данных представляет собой распределение снега к концу зимы, но применяется для масштабирования осадков в течение всей зимы. Данные ADS уже учитывают высоту осевшего снега и частичное таяние. Если его использовать для масштабирования количества осадков в течение всей зимы, а сама модель учитывает оседание и таяние снежного покрова, эти эффекты чрезмерно представлены и приводят к общему сокращению объема снега.Кроме того, локальное перераспределение осадков из-за накипи приводит к различным эффектам оседания по сравнению с базовым методом, что приводит к уменьшению общей высоты снежного покрова. Средняя потеря высоты снежного покрова составляет около 10 см, независимо от метода ввода осадков.

Для всех результатов, представленных здесь, вариация в настройке моделирования заключается только во вводе осадков, их интерполяции и масштабировании. Все остальные входные данные остаются идентичными для любого моделирования. Это позволяет нам лучше всего количественно оценить влияние изменений количества осадков и масштабов.С другой стороны, мы не проводили количественной оценки влияния и ошибок в результатах моделирования из-за других входных величин и их интерполяции. Расширенный анализ чувствительности к различным входным величинам с использованием Alpine3D в районе Давоса был проведен Шёлглем и др. (2016). Средняя вертикальная точность данных ADS оценивается в ± 30 см (Bühler et al., 2015). Для представленного здесь моделирования мы должны были предположить, что данные ADS являются точными, чтобы иметь возможность масштабировать осадки и оценивать характеристики масштабирования.Поскольку представленные здесь методы масштабирования абсолютно требуют информации ADS, качество результатов моделирования сильно зависит от качества доступных данных ADS.

3.5. Межгодовое масштабирование

Если данные ADS недоступны для масштабирования конкретной зимы, можно использовать другой набор данных. Чтобы оценить производительность модели в таких условиях, зимы 2011/12, 2012/13 и 2013/14 были смоделированы с использованием [PAT] и масштабированы с использованием другого набора данных ADS. Влияние масштабирования с набором данных ADS из другой зимы можно увидеть на рисунке 7.Для сравнения также показаны результаты немасштабируемого метода [PSUM].

Рисунок 7. (A) Средние значения и (B) Стандартные отклонения абсолютных ошибок моделирования без масштабирования (фиолетовый) с расчетами с межгодовым масштабированием для зимы 2011 / 12–2013 / 14. Каждое моделирование масштабирования масштабировалось с использованием наборов данных ADS 2012 (синий), 2013 (зеленый) и 2014 (желтый) для любого моделируемого года.

На рис. 7B показано стандартное отклонение абсолютной ошибки высоты снежного покрова для различных моделей.Стандартное отклонение является самым низким для любого моделирования, когда оно масштабировалось с помощью набора данных ADS за тот же год, за исключением зимы 2013/14. Кроме того, при масштабировании с другим набором данных стандартное отклонение ниже по сравнению с методом без масштабирования, за исключением случая использования набора данных ADS 2014 для масштабирования зим 2011/12 и 2012/13 годов.

Сравнивая только стандартное отклонение для зимы 2011/12 и 2012/13 годов и соответствующие наборы данных ADS, можно констатировать, что метод масштабирования дает лучшие результаты, чем метод без масштабирования.Это связано с тем, что модели распределения снега ADS зимой 2011/12 и 2012/13 годов были схожими, и возможно масштабирование с использованием любого набора данных (см. Рисунок 6). Использование набора данных ADS 2014 для масштабирования других зим приводит к худшим результатам, чем использование метода без масштабирования. В марте и апреле 2014 года температура воздуха достигла максимальных значений более 7 ° C на высоте 2500 м над уровнем моря. в течение нескольких недель, что привело к интенсивному таянию снежного покрова ниже 2500 м над уровнем моря. Эта информация сохраняется в наборе данных ADS 2014, который был получен после этого периода.Следовательно, масштабирование других зим с использованием этого набора данных приводит к большим ошибкам в распределении высоты снежного покрова с самыми высокими ошибками ниже 2500 м над уровнем моря. на южных склонах (не показаны). Глядя на рисунок 6, можно увидеть, что в наборе данных ADS 2014 многие точки сетки уже были свободны от снега. Это сильно влияет на масштабирование, поскольку этим точкам сетки не назначены осадки. Следовательно, представленный здесь механизм прямого масштабирования не подходит для масштабирования осадков, когда в точках сетки нет снега.Для таких случаев следует адаптировать алгоритм масштабирования или данные ADS должны быть получены раньше зимой, когда эти точки сетки все еще покрыты снегом.

Тесты с межгодовым масштабированием показывают, что этот метод может использоваться с обобщенным набором данных ADS для масштабирования нескольких зим. Поскольку было доступно только три набора данных ADS, было невозможно определить в целом допустимое распределение снега для области моделирования. Тем не менее, представленные здесь результаты показывают, что наборы данных ADS за 2012 и 2013 годы могут быть использованы в качестве общего набора данных для масштабирования осадков в районе Давоса.Набор данных 2014 года был получен слишком поздно и не подходит для общего масштабирования снега. Необходимы дальнейшие исследования с использованием повторяющихся наборов данных ADS в течение одной зимы, чтобы найти оптимальные наборы данных масштабирования и оценить временную согласованность данных ADS в течение одной зимы и между зимами.

3,6. Аспект-зависимость ошибки масштабирования

Для всех симуляций масштабирования очевидна связь между ошибкой в высоте снежного покрова и размером точки сетки. На северных склонах погрешность в высоте снежного покрова обычно меньше, чем на южных склонах (см.Рисунок 8B). Однако, глядя на моделирование без масштабирования, такое как [PSUM] (см. Рис. 8A), мы обнаруживаем лишь небольшой эффект аспекта. Для подхода итеративного масштабирования [ALS2] эта связь ошибки и аспекта также все еще очевидна (см. Рисунок 9). Однако по сравнению с другими нашими симуляциями масштабирования амплитуда ошибки меньше. Мы предлагаем три возможных объяснения этих наблюдений:

1. Используя данные ADS, полученные к концу зимы, эффекты оседания и таяния могут быть переоценены: информация о высоте снежного покрова, хранящаяся в наборах данных ADS, основана на снежном покрове к концу зимы.Поэтому процессы, вызывающие оседание и таяние в течение зимы, представлены данными ADS и применяются к распределению осадков. Когда осадки распределяются по области моделирования, сама модель также рассчитывает осаждение и плавление. Это приводит к проблеме, заключающейся в том, что эти эффекты переоцениваются при масштабном моделировании и приводят к сильной недооценке высоты снежного покрова на склонах, где осаждение является сильным и таяние уже произошло, например, на южных склонах.Это можно подтвердить, посмотрев на плотность снега в области моделирования. Анализ возникновения оседания и плавления можно найти в дополнительном материале. Можно сказать, что погрешность больше зависит от аспекта, чем от высоты снежного покрова. Мы смогли показать, что высокая плотность более тесно связана с тонким снежным покровом на южных склонах, чем с толстым снежным покровом на северных склонах. Поэтому предполагается, что влияние радиации влияет на плотность снега больше, чем эффекты гравитации из-за толстого снежного покрова.Таким образом, можно сделать вывод, что ошибки, связанные с внешним видом, в основном вызваны оседанием снега из-за радиации и температуры. До даты сбора данных ADS 2012 (анализ профилей SNOWPACK; не показано) таяние практически не происходило. Поэтому мы предполагаем, что эффекты таяния незначительны по сравнению с оседанием в этом году.

2. Оседание снежного покрова нелинейное. Следовательно, масштабирование осадков не приводит к такому же эффекту масштабирования снежного покрова. Когда больше осадков распределяется по узлу сетки, там образуется больше снежной массы.Чем больше масса, тем сильнее уплотняется снежный покров собственным весом. Это приводит к непропорциональному оседанию снежного покрова.

3. Модуль излучения, используемый в Alpine3D, может рассчитать слишком много излучения на склонах, выходящих на южную сторону: все моделирование выполняется с использованием простого модуля излучения в Alpine3D, в котором индекс четкости используется для разделения излучения на прямое и рассеянное излучение, т.е. известно, что иногда дает нереалистичное распределение (Lanini, 2010). Если расщепление переоценивает прямое излучение, слишком много энергии распределяется по узлу сетки, что приводит к непропорциональной стабилизации.

Рис. 8. График разброса абсолютной ошибки моделирования (A) [PSUM] и (B) [PAT] для зимы 2011/12 г. в зависимости от аспекта. Синяя (красная) линия показывает скользящее среднее (стандартное отклонение) для различных аспектов. Цвета указывают на классификацию землепользования точек сетки (зеленый: скала, желтый: альпийский луг, синий: куст).

Рис. 9. Точечная диаграмма абсолютной ошибки моделирования [ALS2] для зимы 2011/12 г. по отношению к аспекту . Синяя (красная) линия показывает скользящее среднее (стандартное отклонение) для различных аспектов.Цвета указывают на классификацию землепользования точек сетки (зеленый: скала, желтый: альпийский луг, синий: куст).

Чтобы оценить, какая часть ошибки, связанной с аспектом, вызвана тремя эффектами, описанными выше, можно сравнить моделирование [PAT] и [HAT] с [ALS2]. Поскольку итеративное масштабирование [ALS2] основано на корректировке данных об осадках с координатной привязкой для каждого временного шага, оно не зависит от информации об установлении, хранящейся в наборах данных ADS (1). Поскольку это сравнение показывает, что итеративное масштабирование имеет гораздо меньшую остающуюся ошибку, можно сделать вывод, что эффект (1) доминирует над аспектно-зависимой систематической ошибкой, но что другими эффектами (2,3) нельзя пренебречь.

Ошибка из-за масштабирования с помощью ADS, полученного в конце зимы, больше, чем при более раннем обнаружении. Возможен вариант, когда данные ADS собираются раньше зимой, когда происходит меньшее осаждение (и таяние). Ошибка из-за разделения излучения может быть уменьшена за счет повышения надежности методов разделения. Несмотря на то, что масштабирование приводит к аспектно-зависимой ошибке, как обсуждалось, средняя ошибка в распределенных высотах снежного покрова уменьшается для большинства методов масштабирования и моделирования зимы.

4. Выводы и перспективы

В этом исследовании был разработан и протестирован простой подход масштабирования осадков с целью улучшения представления пространственного распределения снега в распределенных численных моделях при сохранении низких вычислительных затрат. Этот метод может значительно улучшить пространственное представление снега при распределенном моделировании снега без необходимости пространственно-явного моделирования ветрового переноса (Lehning et al., 2008; Vionnet et al., 2014), который страдает либо высокой вычислительной потребностью, либо ограниченной точностью, либо и тем, и другим.

Была протестирована производительность традиционных схем моделирования без масштабирования, и было обнаружено, что такие методы, как [PSUM] или [HS], в целом могут с хорошей точностью представить общую массу снега в области моделирования. Однако было обнаружено, что эти методы не отражают общую изменчивость снежного покрова и часто недооценивают большую высоту снежного покрова, в частности, на больших высотах, тогда как небольшая высота снежного покрова обычно переоценивается методами.Предложенный нами подход масштабирования значительно снизил стандартное отклонение абсолютной ошибки пространственного распределения снега (до 3,4 раза) до менее 0,23 м. Выбрав соответствующий базовый метод для распределения осадков, средняя ошибка снежного покрова также может быть уменьшена до нескольких сантиметров для области моделирования. Для этих многообещающих результатов требуется только один прогон моделирования, а для масштабирования достаточно одного набора данных дистанционного зондирования. Это показывает, что с помощью простого метода масштабирования, представленного здесь, общая производительность моделирования распределения снега с помощью Alpine3D или других моделей снега может быть значительно улучшена.Подход итеративного масштабирования [ALS2] позволяет дополнительно компенсировать ошибки, возникающие при первом прогоне моделирования, а средняя высота снежного покрова, а также пространственная изменчивость представлены с очень высокой точностью. Недостатками итеративного масштабирования являются высокие вычислительные требования и необходимость записи, хранения и повторного чтения больших объемов данных.

Испытания с межгодовым масштабированием показали, что подходы к масштабированию, основанные на измерениях ADS за другой год, приводят к хорошим результатам, если относительное распределение снега представлено в данных дистанционного зондирования, используемых для масштабирования.Таким образом, можно использовать один набор данных дистанционного зондирования для масштабирования различных зим (Lehning et al., 2011). масштабирование становится менее точным только тогда, когда набор данных дистанционного зондирования имеет большую часть малоснежных и свободных от снега точек сетки. Тогда риск присвоения слишком малого количества осадков или их отсутствия для точки сетки резко возрастает.

Эффективность метода масштабирования зависит от качества данных дистанционного зондирования. Поскольку эти данные полностью определяют, как распределяются осадки и где образуется снежный покров, их качество имеет решающее значение для получения точных распределений высоты снежного покрова при моделировании.Ошибки в данных ADS трудно идентифицировать, если результаты моделирования сравнивать с данными дистанционного зондирования. Поэтому важно использовать независимые наблюдения для проверки результатов моделирования. В этом отношении наши межгодовые эксперименты можно рассматривать как успешную перекрестную проверку. В принципе, для сравнения результатов моделирования с независимыми данными, наблюдения с AWS являются хорошим выбором. Однако станция должна быть репрезентативной для своего района, чтобы можно было проводить прямое сравнение, что обычно затруднительно для этого типа местности (Grünewald and Lehning, 2015).Такое сравнение облегчает очень высокое разрешение сетки. В этой работе не удалось найти подходящую АРМ для сравнения с результатами моделирования при разрешении сетки 100 м. Из-за большого размера области моделирования было невозможно дальнейшее увеличение разрешения сетки моделирования в контексте данного исследования.

В этом исследовании можно было показать, что метод масштабирования может существенно повысить производительность моделирования в отношении распределения снега, хотя этот метод также приводит к нежелательным эффектам, приводящим к ошибкам.Основным недостатком метода является то, что он чувствителен к осаждению, таянию снега и дате сбора данных ADS. Если данные дистанционного зондирования получены из снежного покрова, где произошло оседание или таяние, эти эффекты влияют на модель и выделяется слишком мало осадков. Это приводит к занижению высоты снежного покрова на определенных участках. Это не только снижает производительность моделирования пространственного распределения снега, но также может иметь большое влияние на общий объем снега в области моделирования.На сегодняшний день решить эту проблему не удалось, но предполагается, что с более ранним измерением глубины снежного покрова ошибки могут быть уменьшены. Решение этой проблемы — важная, но также сложная задача для более оперативного использования нашего метода масштабирования в численном моделировании снега.

В качестве перспективы дальнейшей работы следующим шагом будет получение большего количества карт глубины снежного покрова после отдельных штормов и в начале зимы. Как вкратце обсуждалось выше и показано в дополнительном материале, обоснованная проверка изменения высоты снежного покрова с временным разрешением на местных метеостанциях в настоящее время невозможна.На основе временных карт высоты снежного покрова можно более подробно изучить сезонное развитие, и некоторые из ошибок, обсуждаемых в нашей статье, безусловно, можно уменьшить. В связи с этим также интересно разложить весовой коэффициент на более простой региональный тренд, который учитывает градиенты влажности в более крупном масштабе, а также классическую высоту. Это базовое поле может применяться к жидким и твердым осадкам. Шаблоны более мелкого масштаба, которые можно рассматривать как остатки от более крупномасштабного поля, затем применяются только к снегопаду.Наконец, следует изучить вопрос о том, насколько пространственная оценка метеорологических данных, помимо количества осадков, может быть улучшена, чтобы обеспечить оптимальное различие между дождем и снегом, что имеет решающее влияние на наши результаты.

Авторские взносы

Все авторы внесли свой вклад в эту работу. Эта основная статья была написана резюме и основана на его магистерской диссертации. ML разработал исследование и руководил рабочим процессом. NW и MB также контролировали рабочий процесс и оказывали помощь в использовании Alpine3D, анализируя результаты и внедряя алгоритм масштабирования.Все авторы предоставили письменные разделы для этой статьи.

Финансирование

Работа основана на магистерской диссертации первого автора и признана институциональным финансированием со стороны SLF Davos, а также EPFL. Кроме того, данные и сотрудники были частично профинансированы Швейцарским национальным научным фондом (SNF) грантами 200021_150146 и 200021E-160667.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Leica Geosystems (Hexagon) поддержала нас, бесплатно запустив камеру ADS. Мы благодарим Ива Бюлера и Мауро Марти за обработку данных ADS, Чарльза Фирца и Петера Молнара за научный вклад во время проведения исследования и Марсию Филлипс за вычитку рукописи. Мы благодарим двух рецензентов и редактора за их интерес к нашей работе и за полезные комментарии, которые помогли улучшить качество рукописи. Различные учреждения предоставили исходные данные для моделирования моделей, такие как MeteoSwiss, FOEN (Федеральное управление по окружающей среде) и кантон Граубюнден.Исходный код Alpine3D, MeteoIO и SNOWPACK доступен под лицензией (L) GPL версии 3 по адресу http://models.slf.ch.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/article/10.3389/feart.2016.00108/full#supplementary-material

Список литературы

Анслоу, Ф. С., Хостетлер, С., Бидлэйк, У. Р., и Кларк, П. У. (2008). Моделирование распределенного энергетического баланса ледника Южный Каскад, Вашингтон, и оценка неопределенности модели. J. Geophys. Res. 113: F02019. DOI: 10.1029 / 2007JF000850