¿Por qué quedan pequeños parches de nieve en el suelo muchos días o semanas después de que el resto de la nieve se haya derretido?

Una suposición oculta es que todas las pilas remanentes comienzan con la misma cantidad de nieve. Sin embargo, su primera foto parece ser adyacente y paralela a una carretera. Mencionas que estás en Boston, que tiene un ejército de arados que quitan la nieve fresca de las carreteras y la amontonan cerca. La nieve que ha sido apilada o compactada de otro modo tiene menos aire en el espacio entre los cristales de hielo y, por lo tanto, una mayor capacidad calorífica que un volumen igual de nieve en polvo suelta. Un ejemplo común de esto es que un muñeco de nieve generalmente tardará mucho más en derretirse que la nieve en el suelo a su alrededor.

Dudo que haya una sola razón. Muchas combinaciones particulares de factores pueden resultar en diferencias entre la velocidad de fusión y la cantidad sobrante en algún momento (que depende tanto de la velocidad de fusión como de la cantidad inicial). La tasa de fusión depende de la naturaleza del suelo debajo, así como de la insolación del área. Los lugares sombríos tienden a retener la nieve por más tiempo, como se ve en los bosques en primavera. Y en las ciudades malditas, las enormes pilas producidas por los equipos de remoción de nieve tardarán mucho más en derretirse que la nieve que no saqué con pala de mi camino de entrada. Pero incluso en el camino de entrada, sigue un patrón irregular. Las tuberías y tubos subterráneos y los cables eléctricos también pueden tener algo que ver.

Hay varias razones y las imágenes muestran fácilmente tres de ellas.

1. Un quitanieves probablemente dejó esto (originalmente más grande, por supuesto)

2. Una persona podría haber paleado esto (igual que arriba)

3. Sombreado

Lo principal es que hay muchas razones diferentes. Tu deseo de encontrar la única razón verdadera no funcionará. Tu lista de múltiples razones es genial y todas me parecen perfectamente válidas. La nieve -> El hielo que se congela durante la noche y cambia su composición es mi explicación favorita para los parches que parecen aguantar y permanecer más tiempo de lo esperado en función del deshielo de lo que todavía era nieve en el estado original de nieve a su alrededor. es decir, la nieve se derrite rápido y la nieve que se ha convertido en hielo luego se derrite más lentamente.

Un ejemplo de por qué esto es complicado: ¿Qué pasa si un lugar solo tiene sombra por la mañana... y tres días seguidos la mañana es soleada y las tardes son sombreadas? Otro podría ser: dos parches igualmente boscosos, pero uno mira hacia el sur (sin nieve) y el otro hacia el norte (tiene nieve). Estos son algunos de los cientos de ejemplos. El clima es bastante complicado :)

No soy físico (soy ingeniero químico y de software), pero crecí en Montreal antes de mudarme a la riviera de Rhode Island a los 30 y a Texas a los 40.

Hay algunas razones para esto.

1. A veces es tan simple como pequeños cambios en el suelo bajo la nieve. En lugares muy fríos (como Montreal), el suelo se congela durante el invierno. Pequeños cambios en la topografía pueden afectar el flujo de agua en el suelo y, en consecuencia, el calentamiento del suelo. A veces se puede ver por dónde pasa un tubo bajo tierra en la forma en que la nieve se derrite en el suelo. Tenga en cuenta que su primera imagen está en un área de drenaje

2. Un cambio muy pequeño en la luz del sol puede afectar en gran medida el derretimiento de la nieve en la primavera. He visto esto con tan poca sombra como la que se puede obtener de un poste de teléfono. La segunda imagen tiene el suelo bajo la sombra de un árbol de hoja perenne. Es muy probable que su tercero esté en una pendiente orientada al norte (o noreste).

3. La compactación de la nieve afecta en gran medida el derretimiento. Esa primera imagen es el resultado de un quitanieves que deja un montón atrás. Como señalaron otros, la nieve compactada se derrite más lentamente.

4. La suciedad de la nieve afecta el derretimiento. Inicialmente, la nieve sucia se derrite un poco más rápido (la suciedad es más negra y mucho menos reflectante que la nieve). Mientras observa cómo se derrite la nieve sucia, verá que se forman extrañas estructuras macrocristalinas con grandes acumulaciones de tierra (tal vez de 5 mm) en la parte superior. Sin embargo, si tienes suficiente suciedad negra, la tierra termina aislando la nieve.

5. Si un área es propensa a los vientos, la nieve se derretirá más rápido (bueno, se sublimará). En un día soleado y ventoso de primavera, puede ver caer bastante la nieve sin que se escurra tanta agua como cabría esperar. Nuevamente, la topografía puede afectar esto (el efecto es notablemente hiperlocal). Verá evidencia de sublimación en un brillante día ventoso de primavera, incluso si la temperatura se mantiene alrededor de -5 grados C.

En Montreal, la nieve no se quita simplemente. En áreas urbanas, se recolecta y se lleva (google para "Remoción de nieve de Montreal"). La nieve arrastrada se coloca en enormes montañas de nieve y se deja que se derrita durante el verano (por ejemplo, https://i.cbc.ca/1.4579048.1521203738!/fileImage/httpImage/image.jpg_gen/derivatives/original_780/ quitanieves-montreal-theimens-depot-feb-2018.jpg ). Si conduces por una de esas montañas alrededor del Día del Trabajo, aún verás los restos de nieve, pero estarán cubiertos con una costra de tierra, aislándolos del sol.

De una forma u otra este fenómeno debe involucrar a la masa térmica del suelo.

Acerca de la masa térmica:
cuando la temperatura del aire cae por debajo del punto de congelación, la nieve que cae se derrite debido a que el suelo está por encima de la temperatura de congelación. Solo después de que la temperatura del aire ha estado por debajo del punto de congelación durante un tiempo prolongado, el suelo mismo cae por debajo del punto de congelación. (Y esa es solo la capa superior. Los cimientos de las casas deben alcanzar una profundidad por debajo del nivel donde se espera que alcance la escarcha, que en la mayoría de las regiones no es más de un par de pies).

Por el contrario, una vez que la temperatura del suelo está por debajo del punto de congelación, esa baja temperatura persiste mucho después de que la temperatura del aire haya vuelto a subir por encima del punto de congelación.

Cuando la temperatura del aire sube por encima del punto de congelación, supongo que se convierte en una cuestión de cuánto puede retrasar la masa térmica del suelo para volver a calentarse.

Parecería que, por alguna razón, algunos parches de suelo resisten ese recalentamiento mejor que otros. Una vez que ese sea el caso, la propia nieve tenderá a reforzar ese retraso. La nieve refleja gran parte de la luz solar y la capa de nieve actúa como aislante.

Así que mi hipótesis es que solo una pequeña diferencia en la capacidad térmica puede ser suficiente para que la nieve en la parte superior de ese trozo de suelo en particular permanezca mucho, mucho más tiempo.

Podemos ver fácilmente un factor importante: la nieve en un lugar soleado se derretirá antes que la nieve en lugares que reciben poca o ninguna luz solar directa durante el día. Incluso una fina capa de nieve bajo un bosquecillo de árboles puede tardar mucho más en derretirse que la nieve que recibe luz solar directa durante varias horas al día.

El segundo factor principal es menos obvio pero parece tener un efecto más dramático. Dependiendo de lo que tenga en casa para hacer hielo, es posible que pueda realizar un experimento relacionado con el segundo factor en casa. En resumen, una masa de hielo raspado se derretirá más rápido que la misma masa de cubos pequeños que se derretirán más rápido que la misma masa de cubos grandes que se derretirán más rápido que la misma masa de un solo bloque grande de hielo. Estoy seguro de que un factor es el aumento del área de superficie que tienen los trozos de hielo más pequeños en relación con el bloque grande.

Cuando la nieve se amontona, se derrite más lentamente por unidad de masa que la nieve esparcida. La relación entre el área superficial y la masa de agua congelada es sin duda un factor.

Otro factor que uno puede ver pronto al observar muchas nevadas durante varias décadas es la superficie sobre la que se encuentra la nieve. El pavimento de asfalto derrite la nieve que está sobre él con relativa rapidez. El hormigón es la siguiente superficie común más rápida. Las cubiertas de madera también contribuyen a que la nieve se derrita más rápido. La nieve que tarda más en derretirse se encuentra invariablemente en la tierra cubierta de hierba u hojas muertas. Si la tierra se congela antes de que caiga la nieve, es posible que la nieve misma aísle a la tierra del deshielo incluso cuando la tierra cercana se haya calentado después de que se haya derretido su cubierta de nieve más delgada. Es lógico que la tierra congelada conduzca el calor mucho peor que el pavimento de asfalto.

No sé cuántas anécdotas combinadas se vuelven más como un experimento a largo plazo y menos como evidencia anecdótica, pero he estado fascinado con el comportamiento de la nieve derretida durante más de 30 años y he notado algunos patrones relacionados con esta pregunta.

Me parece que el efecto de acumular nieve en el tiempo de fusión no es lineal, es más como geométrico o posiblemente exponencial. Si tuviera que adivinar, diría que es geométrico. Pero otra cosa que definitivamente parece ser cierta es que hay un punto de inflexión. Supongamos que una fina capa de nieve se derrite con el tiempo$t$. Entonces digamos que una capa el doble de gruesa lleva tiempo$2.2t$para fundir. Parece que hay una forma de amontonar la nieve (que se ve con mayor frecuencia en las esquinas donde los arados hacen las pilas más altas) donde la pila de nieve lleva tiempo$20t$a$50t$o más. Por ejemplo, la nieve sin barrer en la acera podría derretirse con el sol de la tarde el día después de que cayera la nieve, pero la pila de nieve de más de 3 pies acumulada por las barredoras de nieve en una esquina de un estacionamiento aún podría estar allí (a menudo reducido lentamente hasta una cantidad muy pequeña) a principios de abril!

Cuando yo era niño, había un estacionamiento cerca que arrojaba toda la nieve en un solo lugar. Si alguien que no estuviera familiarizado con el área pasara por allí, habría preguntado "¿por qué hay un poco de nieve junto a la carretera en mayo?". Habría sabido que había habido una gran pila en febrero que aún no se había derretido. Si han pasado algunos días cálidos desde la nevada, diría que los montones de nieve son la razón probable; si no, una combinación de montones y factores como la sombra que resultan en temperaturas de nieve desiguales.

Creo que los pasos de los eventos son los siguientes:

1. Cae la nieve, estamos abajo$0^\circ\rm C$, se queda como está.
2. La temperatura sube$0^\circ\rm C$, la nieve comienza a derretirse. El derretimiento es lento, porque solo estamos un poco por encima$0^\circ\rm C$, además hay alguna variación en la temperatura, dependiendo de las sombras, la velocidad del viento, etc. Además, la nieve es un muy buen aislante térmico.
3. La temperatura desciende$0^\circ\rm C$de nuevo.
4. Quedan parches hasta que no volvamos a estar arriba$0^\circ\rm C$lo suficientemente largo

La temperatura de fusión puede diferir un poco de$0^\circ\rm C$debido a los contaminantes en el hielo (generalmente disminuyen el punto de fusión), particularmente si se derritió, se contaminó y luego se volvió a congelar.