Formarea depunerilor de gheata

FORMAREA DEPUNERILOR DE GHEATA

NOTIUNI GENERALE

Depunerile de gheata pe obiectele aflate pe suprafata terestra si, in particular, pe conductoarele aeriene ale retelelor electrice si de telecomunicatii, precum si pe arterele de circulatie rutiera, constituie un fenomen meteorologic de mare importanta pentru consecintele grave pe care le antreneaza si, mai ales, pentru pagubele mari pe care le produc in sectoare importante ale economiei nationale. Pentru acest considerent, ele fac parte din categoria fenomenelor meteorologice periculoase, trebuind sa fie avertizate ori de cate ori sunt conditii meteorologice favorabile producerii lor.

Prin depuneri de gheata pe conductoarele aeriene se intelege acoperirea acestora cu un strat de gheata sau cu mai multe straturi suprapuse, gheata putand fi transparenta-sticloasa, opaca sau cristalina-pufoasa.

Gheata se formeaza in aerul atmosferic datorita a doua procese diferite: sublimarea vaporilor de apa si cristalizarea (inghetarea) picaturilor de apa supraracite. In ambele situatii, de regula, temperatura mediului ambiant este scazuta.

Mecanismul de formare a ghetii in atmosfera, desi la prima vedere pare simplu, este in realitate mult mai complicat, deoarece in conditiile reale ale atmosferei nu se intalnesc practic procese de sublimare sau cristalizare pure, ci, de cele mai multe ori, se produce o combinare (suprapunere) a doua procese fizice distincte. In final are loc fenomenul complex al depunerilor de gheata.

In producerea depunerilor de gheata pe obiectele aflate pe suprafata terestra un rol de seama il au procesele de sublimare si de cristalizare.

Din punct de vedere fizic, procesul de sublimare a vaporilor de apa – trecerea directa a acestora sub forma de cristale de gheata – este conditionat de persistenta unei saturatii a mediului cu vapori de apa, valabila in raport cu o suprafata de gheata. In acest caz

e>E_{g ,}

unde:

e este tensiunea vaporilor de apa din mediul inconjurator;

E_g – tensiunea maxima a vaporilor de apa saturanti in raport cu

o suprafata de gheata.

Scriind raportul procentual se determina, de fapt, gradul de saturare cu vapori de apa f_g :

=,

unde E_a este tensiunea maxima a vaporilor de apa saturanti in raport cu o suprafata de apa.

Intre gradul de saturare a mediului si temperatura acestuia exista corelatia din tabela 1. Din aceasta tabela rezulta ca, in cazul sublimarii, cu cat temperatura aerului este mai coborata, cu atat este mai saturat mediul cu vapori de apa, deci cu atat este mai probabil procesul de sublimare. Acestea ar fi conditiile de baza care asigura trecerea vaporilor de apa direct in gheata, in prezenta fazei solide a apei din aerul atmosferic.

Corelatia intre gradul de saturare a atmosferei cu vapori de apa si temperatura.Tabela 1

ANALIZA: Geomorfologia climatica – caracteristici generale ANALIZA: Masivul gilau-muntele mare - elemente fizico-geografice

Aparitia ghetii de sublimare, in lipsa fazei solide a apei intr-o masa de aer, poate sa aiba loc numai in conditiile unei intense saturatii cu vapori de apa la temperaturi extrem de coborate (sub -40⁰C). In aceste conditii, orice particula, independent de structura ei, poate constitui un nucleu de sublimare.

Inghetarea prin sublimare a vaporilor de apa si depunerea ghetii pe obiectele aflate pe sol are loc in contextul urmatoarelor doua conditii: lipsa unor particule vizibile de condensare; prezenta cetii sau a norilor josi, la temperaturi coborate ale serului (ceata supraracita de gheata).

Aparitia ghetii de sublimare in ceata supraracita este facilitata de temperatura foarte coborata a aerului, de vantul slab si de dimensiunile reduse ale picaturilor fine de apa supraracita.

In aceste conditii, picaturile se evapora in apropierea cristalelor, determinand o crestere a acestora prin sublimare. In unele cazuri, cand picaturile sunt mai mari si se deplaseaza repede, ele nu izbutesc sa se evapore total. In aceste cazuri, ele se depun pe cristalele existente sub forma unei pelicule de gheata noua. In conditiile unui astfel de proces mai indelungat, astfel de picaturi supraracite se pot depune pe conductoarele aeriene sau pe obiectele aflate pe sol, formandu-se astfel depunerile de gheata (polei, chiciura).

FACTORII CARE DETERMINA INTENSITATEA DEPUNERILOR

Intensitatea depunerilor de gheata si viteza de crestere a acestora, depind de o serie de factori, dintre care se mentioneaza in primul rand: continutul in apa a unitatii de volum de aer umed (dimensiunile si numarul particulelor); viteza cu care picaturile cad pe obiecte (vantul); unghiul sub care cad picaturile; durata depunerii.

De exemplu, picaturile mari determina depuneri compacte, in timp ce picaturi mai mici determina depuneri numai pe anumite parti ale obiectului. Influenta vitezei cu care picaturile supraracite cad pe obiectele de pe sol este deosebit de mare. Cu cat vantul este mai intens, cu atat se depun mai multe picaturi in unitatea de timp, deci, depunerea de gheata este mai intensa. Dependenta directa a depunerilor de gheata de viteza vantului, a fost confirmata atat prin cercetari si experiente de laborator cat si prin masuratorile efectuate la statiile meteorologice. In zonele montane, de exemplu, unde viteza vantului poate atinge viteze remarcabile, diametrul depunerilor de gheata pe timp de ceata densa, la temperaturi negative, depaseste deseori 50 cm. In zonele depresionare, mai ferite de actiunea vantului, grosimea depunerilor este mult mai redusa.

Unghiul sub care cad picaturile supraracite este un parametru care trebuie avut in vedere. Cu cat acest unghi este mai mare, cu atat numarul particulelor ce se depun si ingheata este mai mare si deci si depunerea de gheata este mai consistenta.

In ceea ce priveste depunerile de gheata pe conductoarele aeriene prin care se transporta energie electrica sau pe cele de telecomunicatii in jurul carora se creeaza un camp electric, particulele de apa supraracite se incarca si ele cu sarcini electrice, fiind atrase de catre conductoarele pe care se depun sub forma de gheata.

Intensitatea depunerilor de gheata pe conductoarele aeriene prin care se transporta energie electrica este cu 30% mai mare decat pe cei prin care nu circula curent electric.

In afara depunerilor de gheata pe conductoarele aeriene datorate prezentei in aerul atmosferic a vaporilor de apa si a picaturilor de apa supraracita, ele apar deseori si ca urmare a depunerii lapovitei si a fulgilor de zapada care ingheata, un rol important avandu-l tot picaturile de apa supraracita. In majoritatea covarsitoare a acestor cazuri se observa o mare diversitate de forme si densitate a acestor depuneri. Ceea ce este comun pentru aceasta grupa de depuneri este faptul ca, in formarea lor, principalul rol il joaca apa care, in conditiile cunoscute, cristalizeaza.

Depunerile de gheata se pot clasifica din punct de vedere fizico-genetic conform tabelei 2

Clasificarea depunerilor de gheata.Tabela 2

In formarea acestor tipuri de depuneri, un rol deosebit il au: dimensiunile picaturilor supraracite de ceata, de burnita sau de ploaie, conditiile de temperatura ale aerului atmosferic, viteza vantului si existenta conditiilor de sublimare.

Pentru formarea poleiului este suficienta prezenta in aerul atmosferic a unor picaturi de apa supraracita, destul de mari, evident la temperaturi negative, destul de apropiate de zero grade. Poleiul se mai poate forma si in conditiile in care picaturi calde de ploaie sau burnita cad pe suprafete puternic racite, mai ales prin efectul radiatiei nocturne.

Scaderea temperaturii sau micsorarea dimensiunilor picaturilor, contribuie la formarea chiciurii moi. Saturarea aerului cu vapori de apa, asociata cateodata cu prezenta unor picaturi fine de ceata supraracita, la temperaturi ale aerului destul de coborate, determina formarea chiciurii tari. O stare a aerului atmosferic, apropiata de starea de saturatie, precum si o racire a aerului si a obiectelor aflate pe sol prin radiatie nocturna puternica duce la formarea brumei.

Tipul de vreme caracteristic pentru fiecare dintre depunerile mentionate, foarte pe scurt, este urmatorul:

pentru polei – ploaie sau burnita la temperaturi usor sub zero grade;

pentru chiciura moale – ceata la temperaturi moderat negative;

pentru chiciura tare – aer cetos (pacla umeda) la temperaturi intens negative;

pentru bruma – cer senin noaptea, vant slab si absenta unor nuclee de condensare vizibile.

Intre diverse forme de depuneri de gheata si alti parametri meteorologici exista anumite corelatii. Din astfel de corelatii, se pot uneori trage concluzii asupra depunerilor de gheata, mai ales in conditiile in care nu se efectueaza masuratori sistematice asupra acestora.

INFLUENTA RELIEFULUI ASUPRA DEPUNERILOR DE GHEATA

In evaluarea si dimensionarea depunerilor de gheata pe conductoarele aeriene, un rol deosebit il are factorul orografic. Orografia exercita o influenta hotaratoare asupra proceselor care favorizeaza depunerile de gheata, constituind de cele mai multe ori factorul determinat in zona montana sau in regiunile cu relief accidentat.

Dintre principalii factori fizico-geografici de care se tine seama in studierea unor astfel de procese se mentioneaza: inaltimea absoluta sau relativa a formelor de relief, forma acestuia si expunerea pantelor fata de vant. Dintre acestea se evidentiaza influenta inaltimii asupra depunerilor de gheata pe conductoarele aeriene, deoarece multe retele de transport ale energiei electrice traverseaza zone montane si tocmai aici se produc cele mai multe avarii datorate depunerilor de gheata.

Dependenta intensitatii depunerilor de gheata in functie de inaltimea locului, poate fi exprimata cu ajutorul unor formule empirice.

D este diametrul mediu al depunerii de gheata, in m;

e – baza logaritmilor naturali;

h – altitudinea statiei sau a obiectivului, in m;

a si b – sunt parametri geografici.

Pentru depunerea de chiciura D_c , aceasta formula se poate scrie

D_c=7,76 e^{0,0032 h} ,

iar pentru polei

D_p=4,47 e^{0039 h}

Coeficientii care intra in formule de acest fel se determina experimental, in zona geografica in care se dispune de masuratori sistematice asupra depunerilor de gheata pe o perioada minima de 10-15 ani.

Dependenta vitezei vantului de altitudinea locului h se poate calcula cu formulele empirice:

pentru chiciura : V_c= 0,013 h – 0,2;

pentru polei : V_p= 0,01 h + 3,5.

Din aceste relatii rezulta concluzia foarte importanta ca una din cauzele care determina intensificarea depunerilor pe masura cresterii altitudinii, mai ales pe conductoarele aeriene, este cresterea vitezei vantului cu inaltimea.

Dependente asemanatoare pot fi scrise si pentru temperatura. De exemplu:

- pentru chiciura : t_c= 0,02 h – 16,5;

- pentru polei : t_p= 0,003 h – 2,8.

Analiza si cercetarea problemelor complexe privind depunerile de gheata trebuie efectuate in stransa legatura cu analiza si tipizarea situatiilor sinoptice la sol si atltitudine, cele mai favorizante unor astfel de fenomene. In mod deosebit se pune in evidenta structura maselor de aer, stratificarea termica si de umezeala a acestora, particularitatile circulatiei generale a aerului, fenomenele meteorologice conexe etc.