Karın birkaç temel fiziksel özelliği, yüzey ve atmosfer arasındaki enerji alışverişini modüle eder. En önemli özellikler yüzey yansıması (albedo), karın termal yalıtım özellikleri ve durum değiştirme yeteneğidir (gizli ısı). Bir kar paketinin kristal yapısı, yoğunluğu ve sıvı su içeriği gibi fiziksel özellikleri de ısı ve su transferleri için önemlidir. Bu temel özellikler, kar üstü ulaşım ve çığ potansiyeli için önemli olan kar örtüsünün mekanik durumunu da belirler. EOS Bilim Planından (Goodison ve diğerleri, 1999) uyarlanan aşağıdaki paragraflar, bu özelliklerin iklim sistemi için önemini özetlemektedir:
Kar Neden Önemlidir?
Gelen güneş radyasyonunun yüzey yansıması, yüzey enerji dengesi için önemlidir (Wiscombe ve Warren, 1981). Erimeyen karla kaplı yüzeyler için tipik albedo değerleri, ormanlar dışında (~80-90%) yüksektir. Kar için daha yüksek albedo, yüksek enlemlerde sonbahar ve ilkbaharda yüzey yansıtıcılığında hızlı değişimlere neden olur. Ancak genel iklim
1.2 İklim sisteminde karın önemi Tablo 1.1 Yüzey albedosu için tipik aralıklar.
Taze, kuru kar 0.80-0.95
Eski, kuru kar 0.70-0.80
Islak kar 0,50-0,70
Eriyen buz/kar 0.25-0.80
Karla kaplı orman 0.25-0.40
Karsız bitki örtüsü/toprak 0.10-0.30
Su (yüksek güneş yüksekliği) 0.05-0.10
önemi, bulut örtüsü (gezegensel albedo esas olarak bulut örtüsü tarafından belirlenir) ve kış aylarında yüksek enlemlerde alınan az miktarda toplam güneş radyasyonu tarafından uzamsal ve zamansal olarak modüle edilir. Karın yüksek yansıtıcılığı, ” kar-albedo geri beslemesi ” olarak adlandırılan aracılığıyla yüzey hava sıcaklığına pozitif geri bildirimler üretir , örneğin ilk ısınma, kar örtüsünde bir geri çekilme, daha düşük albedo, daha yüksek emilen güneş enerjisi ve daha sıcak hava sıcaklıkları ile sonuçlanır. Groisman ve ark. (1994a,b), gelen güneş ışınımının karla kaplı alanlarda en fazla olduğu ilkbahar (Nisan-Mayıs) döneminde kar örtüsünün yeryüzü ışınım dengesi üzerinde en büyük etkiyi gösterdiğini gözlemlemiştir.
Karın termal özellikleri önemli iklimsel sonuçları da vardır. Yerdeki kar tipik olarak 100-500 kg m-3 aralığında bir yoğunluğa sahiptir ve önemli hava fraksiyonu, karın zemin yüzeyinden üstteki atmosfere ısı ve nem transferlerini kesmede (veya ayırmada) çok etkili olduğu anlamına gelir. Taze karın termal iletkenliği (ısı iletme yeteneğinin bir ölçüsü), buz veya ıslak toprak değerlerinden 10-20 kat daha düşük olan ~0.1 W m-1 K-1’dir. Kar, buzdan geçen ısı akışı üzerinde de önemli etkilere sahiptir (örneğin nehir, göl veya deniz buzu). İnce buzdan geçen ısı akışı, 30-40 cm’yi aşan bir kalınlığa ulaşana kadar önemli olmaya devam eder. Bununla birlikte, buzun üzerindeki az miktarda kar bile ısı akışını önemli ölçüde azaltacak ve buzun büyüme hızını yavaşlatacaktır. Karın yalıtkan etkisinin hidrolojik döngü için de önemli etkileri vardır. Permafrost olmayan bölgelerde, karın yalıtkan etkisi, yalnızca yüzeye yakın zeminin donmasını ve derin su drenajının kesintisiz olmasını sağlayacak şekildedir (Lynch-Stieglitz, 1994).
Buzu eritmek için gereken büyük miktarda enerji (gizli füzyon ısısı, 0 °C’de 3.34 x 105 J kg-1), karın erime döneminde ısınmayı geciktirdiği anlamına gelir. Bununla birlikte, yoğun kar alanları üzerindeki atmosferin güçlü statik kararlılığı , ani soğutma etkisini nispeten sığ bir katmanla sınırlama eğilimindedir, bu nedenle ilişkili atmosferik anomaliler genellikle kısa ömürlüdür ve yerelden bölgesele ölçektedir (Cohen ve Rind, 1991; Cohen, 1994). Avrasya gibi dünyanın bazı bölgelerinde, yoğun kar paketi ve nemli bahar toprakları ile ilişkili soğutmanın yaz muson sirkülasyonunu modüle etmede rol oynadığı bilinmektedir (örn .
Vernekar ve diğerleri, 1995). Gutzler ve Preston (1997), güneybatı Amerika Birleşik Devletleri’nde benzer bir kar-yaz sirkülasyonu geri bildirimi için kanıt sundu.
Kar -albedo geri bildirimi gibi kar-iklim geri bildirimleri , çok çeşitli uzamsal ve zamansal ölçeklerde çalışır ve ilgili geri bildirim mekanizmaları genellikle karmaşıktır ve tam olarak anlaşılmamıştır. Son zamanlardaki kar modelleme çalışmasının büyük bir itici gücü (bkz. Bölüm 4), artan sera gazları gibi dış zorlamalara iklim sisteminin tepkisini uygun şekilde simüle etmek için iklim modellerinde önemli kar süreçlerinin doğru temsilidir. Kar-iklim etkileşimlerini ve geri bildirimleri modellemek için daha önceki çabaların bir incelemesi Groisman tarafından sağlandı (Jones ve diğerleri, 2001).
