miniatura|Mapa de la Terra amb les zones de la Criosfera La criosfera és el terme que descriu el conjunt de les parts de la superfície de la Terra on l'aigua es troba en estat sòlid. La criosfera inclou el gel del mar, el gel dels llacs, el gel dels rius, la superfície coberta de neu precipitada, les glaceres, els casquets polars i les capes de gel i terreny congelat (que inclou permagel). Per tant, hi ha una àmplia superposició amb la hidrosfera.
Criosfera és derivada de les paraules gregues cryo que significa "fred" o "refredar" i esfera, com la resta de capes que formen la terra i l'atmosfera.
Part del sistema tèrmic del planeta La criosfera és una part integral del sistema climàtic global, amb importants vincles i reaccions generades a través de la seva influència en els fluxos d'energia de superfície i la humitat, els núvols, la precipitació, la hidrologia, la circulació atmosfèrica i oceànica. A través d'aquests processos de retroalimentació, la criosfera té un paper significatiu en el clima global i en la resposta al model climàtic del canvi global.
Estructura
L'aigua congelada es troba a la superfície de la Terra principalment com a capa de neu, gel d'aigua dolça a llacs i rius, el gel marí, les glaceres, les capes de gel sobre terreny congelat i el permafrost (sòl permanentment congelat). El temps de residència de l'aigua en cada un d'aquests sub-sistemes de la criosfera és molt variable. La capa de neu i gel d'aigua dolça és essencialment estacional, i la major part del gel marí, a excepció de gel a l'Àrtic central, dura només uns pocs anys si no és estacional. Una partícula d'aigua concreta de les glaceres, les capes de gel, o el permagel, però, pot romandre congelada per 10-100,000 anys o més, i capes profundes de gel en algunes parts de l'est de l'Antàrtida poden tenir una edat d'aproximadament uns 1.000.000 anys.
La major part del volum de gel del món es troba a l'Antàrtida, principalment a l'East Antarctic Ice Sheet. Pel que fa a l'extensió de l'àrea, però, a l'hemisferi nord la neu hivernal i l'extensió de gel constitueixen la àrea més gran, que ascendeix a una mitjana del 23% de la superfície continental al gener. La gran extensió de l'àrea i les importants funcions climàtiques de neu i gel, relacionades amb les seves propietats físiques, indiquen que la capacitat d'observar el tipus i l'extensió del gel i neu, el gruix i propietats físiques (radiació tèrmica i altres propietats) és de particular importància per a la investigació del clima.
Les Èpoques Glacials A les èpoques glacials, la criosfera augmenta considerablement la seva mida arribant a cobrir una part considerable de les terres del nord d'Euràsia i Amèrica, baixant el nivell del mar més de cent metres i creant grans plataformes de gel que connectaven tot el nord del planeta. També gràcies a això (i a la deriva continental), els primers homínids, que van sorgir a l'Àfrica, van poder arribar-hi a totes parts del món, que després se separarien amb la tornada a la normalitat de mars i oceans.
Propietats que se n'estudien Hi ha diverses propietats físiques fonamentals de la neu i el gel que modulen els intercanvis d'energia entre la superfície i l'atmosfera. Les propietats més importants són la reflectància de la superfície (albedo), la capacitat de transferència de calor (difusió tèrmica), i la capacitat de canviar d'estat (calor latent). Aquestes propietats físiques, juntament amb la rugositat superficial, emissivitat, i dielèctric característiques, tenen importants implicacions per a l'observació de la neu i el gel des de l'espai. Per exemple, la rugositat de la superfície és sovint el factor dominant per determinar la força de la retrodispersió (backscatter) del radar.Hall, D. K., 1996: Remote sensing applications to hydrology: imaging radar. Hydrological Sciences, 41, 609-624. Les propietats físiques com a estructura cristal·lina, la densitat, la longitud i el contingut d'aigua líquida són factors importants que afecten les transferències de calor i aigua i la dispersió d'energia de microones.
La reflectància de la superfície de la radiació solar entrant és important per al balanç energètic (SEB). És la raó que reflecteixen la radiació solar incident, comunament coneguda com a albedo. Els climatòlegs estan principalment interessats en l'albedo integrada sobre la porció d'ona curta de l'espectre electromagnètic (~ 0,3-3,5 nm), que coincideix amb l'entrada principal de l'energia solar. En general, els valors d'albedo de les superfícies no cobertes de neu de fusió són elevats (~ 80-90%), excepte en el cas dels boscos. L'albedo més alt per a la neu i el gel causen canvis ràpids en la reflectivitat de la superfície a la tardor i primavera a latituds altes, però el significat global del clima d'aquest augment és espacial i temporalment modulada per la nuvolositat. (Albedo planetari està determinat principalment per la cobertura de núvols, i per la petita quantitat de radiació solar total rebuda en les latituds altes durant els mesos d'hivern.) Estiu i tardor són temps de nuvolositat alta a la mitjana sobre l'oceà Àrtic per la qual cosa l'albedo associat als grans canvis estacionals en l'extensió del gel marí es redueix considerablement. Groisman et al. (1994) va observar que la capa de neu va exhibir major influència en el balanç radiatiu terrestre a la primavera (abril-maig) època en què la radiació solar entrant va ser major en les zones cobertes de neu.Groisman, P. Ya, T. R. Karl, and R. W. Knight, 1994a: Observed impact of snow cover on the heat balance and the rise of continental spring temperatures. Science, 363, 198-200.
Les propietats tèrmiques dels elements de la criosfera també tenen importants conseqüències climàtiques. La neu i el gel tenen molt menor difusivitat tèrmica que l'aire. La difusivitat tèrmica és una mesura de la velocitat a la qual les ones poden penetrar la temperatura d'una substància. La neu i el gel són molts ordres de magnitud menys eficients en la difusió de calor que l'aire. La capa de neu aïlla la superfície del sòl i el gel marí de l'oceà aïlla subjacent, la dissociació de la interfície de superfície i l'atmosfera que fa a ambdós fluxos de calor i humitat. El flux d'humitat d'una superfície d'aigua s'elimina fins i tot per una prima capa de gel, mentre que el flux de calor a través de gel fi segueix sent considerable fins a arribar a un gruix de més de 30 a 40 cm. No obstant això, fins i tot una petita quantitat de neu a la part superior del gel reduirà dramàticament el flux de calor i disminuir la taxa de creixement del gel. L'efecte aïllant de la neu té també importants implicacions per al cicle hidrològic. A les regions no permafrost, l'efecte aïllant de la neu és tal que només sòl prop de la superfície es congela i el drenatge d'aigües profundes és ininterromput.Lynch-Stieglitz, M., 1994: The development and validation of a simple snow model for the GISS GCM. J. Climate, 7, 1842-1855.
Si bé la neu i el gel actuen per aïllar la superfície de les pèrdues d'energia a l'hivern grans, també actuen per retardar l'escalfament a la primavera i l'estiu a causa de la gran quantitat d'energia requerida per fondre el gel (la calor latent de fusió, 3,34 x 105 J / kg als 0 °C). No obstant això, la gran estabilitat estàtica de l'atmosfera sobre àrees extenses de neu o el gel tendeix a limitar l'efecte immediat de refrigeració a una capa relativament poc profundes, de manera que les anomalies associades atmosfèriques solen ser de curta durada i local al regional a escala. A algunes zones del món, com Euràsia, però, el refredament associat amb una capa de neu pesada i els sòls humits de primavera se sap que té un paper en la modulació de la circulació del monsó d'estiu. Gutzler i Preston (1997) acaba de presentar evidència d'una semblant la neu de l'estiu comentaris circulació sobre el sud-oest dels Estats Units.Vernekar, A. D., J. Zhou, and J. Shukla, 1995: The effect of Eurasian snow cover on the Indian monsoon. J. Climate, 8, 248-266. Gutzler and Preston (1997) recently presented evidence for a similar snow-summer circulation feedback over the southwestern United States.Gutzler, D. S., and J. W. Preston, 1997: Evidence for a relationship between spring snow cover in North America and summer rainfall in New Mexico. Geophys. Res. Lett., 24, 2207-2210.
El paper de la capa de neu en la modulació dels monsons és només un exemple d'una retroalimentació criosfera i el clima a curt termini amb la superfície terrestre i l'atmosfera. Hi ha nombroses retroalimentacions climàtic criosfera en el sistema climàtic global. Aquests funcionen en una àmplia gamma d'escales espacials i temporals de refredament local estacional de la temperatura de l'aire a les variacions d'escala hemisfèrica en les capes de gel sobre escales temporals de milers d'anys. Els mecanismes de retroalimentació és sovint complex i entès de manera incompleta. Per exemple, Curry et al. (1995) va mostrar que l'anomenat "simple" retroalimentació gel-albedo dim involucrades complexes interaccions amb fracció de plom, masses d'aigua, el gruix del gel, la coberta de neu, i l'extensió del gel marí.
Neu La capa de neu té la segona extensió més gran d'àrea de tots els components de la criosfera, amb una extensió màxima d'àrees mitjana de km² aproximadament 47 milions d'euros. La major part d'àrees cobertes de neu de la Terra (SCA) es troba a l'hemisferi nord, i la variabilitat temporal és dominat pel cicle estacional, l'hemisferi nord la capa de neu oscil mesura de km² 46.500.000 el gener de km² 3.800.000 a l'agost.Robinson, D. A., K. F. Dewey, and R. R. Heim, 1993: Global snow cover monitoring: an update. Bull. Amer. Meteorol. Soc., 74, 1689-1696. Amèrica del Nord hivern SCA ha mostrat una tendència a l'alça durant gran part d'aquest segle (Brown i Goodison 1996; Hughes et al. 1996) en gran part en resposta a un augment de les precipitacions.Groisman, P. Ya, and D. R. Easterling, 1994: Variability and trends of total precipitation and snowfall over the United States and Canada. J. Climate, 7, 184-205. No obstant això, les dades de satèl·lit disponibles mostren que l'hivern de l'hemisferi coberta de neu ha exposat variabilitat interanual poc durant el període 1972-1996, amb un coeficient de variació (CV = SD / mitjana) per al gener de la coberta de neu de l'hemisferi nord de <0,04. Segons Groisman et al. (1994) Hemisferi Nord la capa de neu de primavera ha d'exhibir una tendència a la baixa per explicar un augment observat al nord de la temperatura de l'aire Hemisferi primavera d'aquest segle. Les estimacions preliminars de SCA l'històric i reconstruït en dades in situ la coberta de neu-suggereixen que aquest és el cas d'Euràsia, però no per a Amèrica del Nord, on ha estat coberta de neu primavera en els nivells actuals en la major part d'aquest segle.Brown, R. D., 1997: Historical variability in Northern Hemisphere spring snow covered area. Annals of Glaciology, 25, 340-346. A causa de l'estreta relació observada entre la temperatura de l'aire i l'abast hemisfèric capa de neu durant el període de dades de satèl·lits (IPCC 1996), hi ha un considerable interès en la vigilància de l'hemisferi nord mesura la capa de neu per a la detecció i el seguiment del canvi climàtic.