Evolution of the specific surface area of snow. Experimental and field studies, parameterization.
Evolution de la surface spécifique de la neige. Etudes expérimentales et de terrain, paramétrisation.
Résumé
Dry snow is an air-ice mixture that is subjected to thermal gradients causing water vapour fluxes throughout the entire snowpack. They result in physical transformations in snow crystal size and shape and can entrain and release chemical species to the atmosphere. These phenomena are regrouped under the term “snow metamorphism”. They can lead to major modifications in physical variables of the snowpack and in the chemical composition of the atmosphere.
To better understand the influence of the metamorphism intensity on snow/air exchanges, we have performed laboratory studies, successively under isothermal and temperature gradient conditions, and field studies during a whole winter in Alaska. Snowpack physical properties were monitored, especially the snow specific surface area that is a central parameter in snowpack studies.
We have demonstrated that the rate of decay of the specific surface area of snow, both under isothermal and temperature gradient conditions, follows a simple logarithmic law. We have also showed that under isothermal conditions, this relationship is inferred from the general law of Ostwald ripening. Under non-isothermal conditions, the physics of the phenomena involved is more complex. We have then proposed an empirical description of the evolution of the specific surface area in order to take it into account in models of snowpack evolution. This study has also allowed us to identify crucial interactions between snow and climate.
To better understand the influence of the metamorphism intensity on snow/air exchanges, we have performed laboratory studies, successively under isothermal and temperature gradient conditions, and field studies during a whole winter in Alaska. Snowpack physical properties were monitored, especially the snow specific surface area that is a central parameter in snowpack studies.
We have demonstrated that the rate of decay of the specific surface area of snow, both under isothermal and temperature gradient conditions, follows a simple logarithmic law. We have also showed that under isothermal conditions, this relationship is inferred from the general law of Ostwald ripening. Under non-isothermal conditions, the physics of the phenomena involved is more complex. We have then proposed an empirical description of the evolution of the specific surface area in order to take it into account in models of snowpack evolution. This study has also allowed us to identify crucial interactions between snow and climate.
Dans la neige, l'existence de gradients thermiques est à l'origine de flux de vapeur d'eau à travers toute l'épaisseur du manteau neigeux. Il en résulte des transformations physiques des cristaux de neige ainsi que l'entraînement d'espèces chimiques et leur libération dans l'atmosphère. Ces phénomènes sont englobés sous le terme de métamorphisme de la neige et sont susceptibles d'affecter les propriétés physiques du manteau neigeux et la composition chimique de l'atmosphère.
Pour mieux comprendre l'influence de l'intensité du métamorphisme sur les échanges air/neige, nous avons étudié le métamorphisme en chambre froide, successivement en conditions isothermes et de gradient thermique, ainsi que sur le terrain, au cours d'un hiver complet en Alaska. Nous nous sommes attachés à la mesure de certains paramètres physiques, dont la surface spécifique, variable centrale dans l'étude du manteau neigeux.
Nous avons mis en évidence que la cinétique de décroissance de la surface spécifique de la neige, en conditions isothermes et de gradient, suivait une loi logarithmique simple. Nous avons également démontré qu'en conditions isothermes, cette relation découlait de la loi générale du mûrissement d'Ostwald. En conditions non-isothermes, la physique du phénomène étant plus complexe, nous nous sommes résolus à une description empirique de l'évolution de la surface spécifique afin qu'elle puisse être prise en compte dans les modèles d'évolution du manteau neigeux. Cette étude nous a finalement permis d'identifier des interactions complexes entre la neige et le climat.
Pour mieux comprendre l'influence de l'intensité du métamorphisme sur les échanges air/neige, nous avons étudié le métamorphisme en chambre froide, successivement en conditions isothermes et de gradient thermique, ainsi que sur le terrain, au cours d'un hiver complet en Alaska. Nous nous sommes attachés à la mesure de certains paramètres physiques, dont la surface spécifique, variable centrale dans l'étude du manteau neigeux.
Nous avons mis en évidence que la cinétique de décroissance de la surface spécifique de la neige, en conditions isothermes et de gradient, suivait une loi logarithmique simple. Nous avons également démontré qu'en conditions isothermes, cette relation découlait de la loi générale du mûrissement d'Ostwald. En conditions non-isothermes, la physique du phénomène étant plus complexe, nous nous sommes résolus à une description empirique de l'évolution de la surface spécifique afin qu'elle puisse être prise en compte dans les modèles d'évolution du manteau neigeux. Cette étude nous a finalement permis d'identifier des interactions complexes entre la neige et le climat.