الثلج

تتشكل السحب الثلجية عادةً ضمن أنظمة جوية أوسع، أهمها منطقة الضغط المنخفض، التي تتضمن عادةً جبهات هوائية دافئة وباردة كجزء من دورانها. ومن المصادر الإضافية والفعّالة محلياً للثلوج عواصف تأثير البحيرات (وأيضاً تأثيرات البحار) وتأثيرات الارتفاع، لا سيما في الجبال. ^{[ 5 ]}

مناطق الضغط المنخفض

الأعاصير المدارية هي مناطق ضغط منخفض قادرة على إحداث ظواهر جوية متنوعة، من الغيوم والعواصف الثلجية الخفيفة إلى العواصف الثلجية الشديدة . ^{[ 6 ]} خلال فصلي الخريف والشتاء والربيع في نصف الكرة الأرضية ، قد يكون الغلاف الجوي فوق القارات باردًا بدرجة كافية في طبقة التروبوسفير العميقة لتسبب تساقط الثلوج. في نصف الكرة الشمالي، ينتج الجانب الشمالي من منطقة الضغط المنخفض أكبر كمية من الثلوج. ^{[ 7 ]}

الجبهات

يمكن للجبهة الباردة ، وهي الحافة الأمامية لكتلة هوائية باردة، أن تُنتج عواصف ثلجية جبهية - وهي عبارة عن خط حمل حراري جبهي قوي (يشبه حزام المطر )، عندما تكون درجة الحرارة قريبة من درجة التجمد على السطح. يحتوي الحمل الحراري القوي المتكون على رطوبة كافية لإحداث انعدام الرؤية في الأماكن التي يمر بها الخط، حيث تتسبب الرياح في تساقط ثلوج كثيفة. ^{[ 8 ]} يستمر هذا النوع من العواصف الثلجية عادةً أقل من 30 دقيقة في أي نقطة على طول مساره، ولكن حركة الخط يمكن أن تغطي مسافات كبيرة. قد تتشكل العواصف الجبهية على مسافة قصيرة أمام الجبهة الباردة السطحية أو خلفها، حيث قد يكون هناك نظام ضغط منخفض متعمق أو سلسلة من خطوط المنخفضات التي تعمل بشكل مشابه لمرور الجبهة الباردة التقليدية. ^{[ 9 ]}

يمكن أن تتسبب الجبهة الدافئة في تساقط الثلوج لفترة من الزمن، حيث يعلو الهواء الدافئ الرطب الهواء البارد الذي تقل درجة حرارته عن درجة التجمد، مما يؤدي إلى هطول الأمطار عند حدودها. وغالبًا ما يتحول الثلج إلى مطر في القطاع الدافئ خلف الجبهة. ^{[ 8 ]}

تأثيرات البحيرة والمحيط

يتشكل ثلج تأثير البحيرة خلال الظروف الجوية الباردة عندما تتحرك كتلة هوائية باردة عبر مساحات واسعة من مياه البحيرة الدافئة ، مما يؤدي إلى تدفئة الطبقة السفلى من الهواء التي تحمل بخار الماء من البحيرة، وتصعد عبر الهواء البارد أعلاها، وتتجمد، وتترسب على الشواطئ المواجهة للريح . ^{[ 10 ] [ 11 ]}

يُطلق على التأثير نفسه الذي يحدث فوق المسطحات المائية المالحة اسم تساقط الثلوج الناتج عن تأثير المحيط أو تأثير الخليج . ويتعزز هذا التأثير عندما ترتفع كتلة الهواء المتحركة بفعل التضاريس الناتجة عن المرتفعات العالية على الشواطئ الواقعة في اتجاه الريح. ويمكن أن يُنتج هذا الارتفاع نطاقات ضيقة ولكنها شديدة الكثافة من الهطول، والتي قد تتراكم بمعدل عدة بوصات من الثلج كل ساعة، مما يؤدي غالبًا إلى كمية كبيرة من تساقط الثلوج الكلي. ^{[ 12 ]}

تُسمى المناطق المتأثرة بالثلوج الناتجة عن تأثير البحيرات بمناطق تساقط الثلوج . وتشمل هذه المناطق المناطق الواقعة شرق البحيرات العظمى ، والسواحل الغربية لشمال اليابان، وشبه جزيرة كامتشاتكا في روسيا، والمناطق القريبة من بحيرة الملح الكبرى ، والبحر الأسود ، وبحر قزوين ، وبحر البلطيق ، وأجزاء من شمال المحيط الأطلسي. ^{[ 13 ]}

تتكون ندفة الثلج من حوالي 10 ^{^19} جزيء ماء ، تُضاف إلى نواتها بمعدلات وأنماط مختلفة تبعًا لتغيرات درجة الحرارة والرطوبة في الغلاف الجوي الذي تمر به ندفة الثلج في طريقها إلى الأرض. ونتيجة لذلك، تختلف ندفات الثلج عن بعضها البعض رغم تشابه أنماطها. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}

تتشكل بلورات الثلج عندما تتجمد قطرات سحابية صغيرة فائقة التبريد ( قطرها حوالي 10 ميكرومتر ) . تستطيع هذه القطرات البقاء سائلة عند درجات حرارة أقل من -18 درجة مئوية (0 درجة فهرنهايت) ، لأن تجمدها يتطلب تجمع عدد قليل من جزيئات القطرة عشوائيًا لتشكيل ترتيب مشابه لترتيب شبكة الجليد. تتجمد القطرة حول هذه "النواة". في السحب الأكثر دفئًا، يجب أن تتواجد جسيمات الهباء الجوي أو "نواة الجليد" داخل القطرة (أو على اتصال بها) لتؤدي دور النواة. تُعد نوى الجليد نادرة جدًا مقارنةً بنوى تكثيف السحب التي تتشكل عليها القطرات السائلة. يمكن أن تكون الطين وغبار الصحراء والجسيمات البيولوجية نوى. ^{[ 22 ]} تشمل النوى الاصطناعية جسيمات يوديد الفضة والثلج الجاف ، وتُستخدم هذه لتحفيز الهطول في عملية تلقيح السحب . ^{[ 23 ]}   

بمجرد أن تتجمد قطرة الماء، تنمو في بيئة فائقة التشبع - حيث يكون الهواء مشبعًا بالجليد عندما تكون درجة الحرارة أقل من درجة التجمد. ثم تنمو القطرة عن طريق انتشار جزيئات الماء الموجودة في الهواء (البخار) على سطح بلورة الجليد حيث تتجمع. ولأن قطرات الماء أكثر عددًا بكثير من بلورات الجليد، فإن البلورات قادرة على النمو إلى مئات الميكرومترات أو المليمترات على حساب قطرات الماء من خلال عملية فيجنر-بيرجيرون-فاينديزن . تُعد هذه البلورات الكبيرة مصدرًا فعالًا للهطول، لأنها تسقط عبر الغلاف الجوي بسبب كتلتها، وقد تصطدم وتلتصق ببعضها البعض في تجمعات. هذه التجمعات هي رقاقات الثلج ، وهي عادةً نوع جزيئات الجليد التي تسقط على الأرض. ^{[ 24 ]} على الرغم من أن الجليد شفاف، إلا أن تشتت الضوء بواسطة أوجه البلورة والتجاويف/العيوب يعني أن البلورات غالبًا ما تبدو بيضاء اللون بسبب الانعكاس المنتشر للطيف الكامل للضوء بواسطة جزيئات الجليد الصغيرة. ^{[ 25 ]}

كشفت دراسة مجهرية لآلاف رقاقات الثلج منذ عام 1885 فصاعدًا، بدءًا من ويلسون ألوين بنتلي ، عن التنوع الواسع لرقاقات الثلج ضمن مجموعة أنماط قابلة للتصنيف. ^{[ 27 ]} وقد لوحظت بلورات ثلجية متطابقة بشكل وثيق. ^{[ 28 ]}

قام أوكيشيرو ناكايا بتطوير مخطط مورفولوجيا البلورات، يربط أشكال البلورات بظروف درجة الحرارة والرطوبة التي تشكلت فيها، وهو ملخص في الجدول التالي. ^{[ 1 ]}

اكتشف ناكايا أن شكل البلورات يعتمد أيضًا على ما إذا كانت الرطوبة السائدة أعلى أو أقل من مستوى التشبع. تميل الأشكال التي تتشكل أسفل خط التشبع إلى أن تكون صلبة ومتراصة، بينما تميل البلورات المتشكلة في هواء فوق مشبع إلى أن تكون شبكية ورقيقة ومزخرفة. تتشكل أيضًا أنماط نمو أكثر تعقيدًا، تشمل الأسطح الجانبية، والوريدات الرصاصية، والأنواع المستوية، وذلك تبعًا للظروف ونوى الجليد. ^{[ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]} إذا بدأت البلورة في التكوّن في نظام نمو عمودي عند حوالي -5 درجة مئوية (23 درجة فهرنهايت) ، ثم انتقلت إلى نظام النمو الصفيحي الأكثر دفئًا، فإن البلورات الصفيحية أو الشجرية تنبت في نهاية العمود، مُنتجةً ما يُسمى "الأعمدة المُغطاة". ^{[ 24 ]}  

ابتكر ماغونو ولي تصنيفًا لبلورات الثلج المتكونة حديثًا يشمل 80 شكلًا مميزًا. وقد وثقا كل شكل منها بصور مجهرية. ^{[ 32 ]}

تصف مصطلحات مثل تساقط الثلج الخفيف ، وهطول الثلج المتقطع ، والعاصفة الثلجية ، والعاصفة الثلجية الشديدة ، أحداثًا ثلجية تتزايد مدتها وشدتها تدريجيًا. ^{[ 37 ]} العاصفة الثلجية الشديدة هي حالة جوية مصحوبة بتساقط الثلج، وتختلف تعريفاتها في أنحاء العالم. ففي الولايات المتحدة ، تحدث العاصفة الثلجية الشديدة عند توافر شرطين لمدة ثلاث ساعات أو أكثر: رياح مستمرة أو هبات متكررة تصل سرعتها إلى 16 مترًا في الثانية ، وكمية كافية من الثلج في الهواء تُقلل الرؤية إلى أقل من 0.4 كيلومتر . ^{[ 38 ]} وفي كندا والمملكة المتحدة ، تكون المعايير متشابهة. ^{[ 39 ] [ 40 ]} ورغم أن تساقط الثلوج الكثيف غالبًا ما يحدث خلال العواصف الثلجية الشديدة، إلا أن تساقط الثلوج ليس شرطًا أساسيًا، إذ يمكن أن تتسبب الثلوج المتطايرة في حدوث عاصفة ثلجية أرضية . ^{[ 41 ]}  

يمكن تصنيف شدة العاصفة الثلجية حسب مدى الرؤية وعمق تراكم الثلوج. ^{[ 42 ]} وتُحدد شدة تساقط الثلوج بناءً على مدى الرؤية ، كما يلي: ^{[ 43 ]}

• الضوء : مدى الرؤية أكبر من كيلومتر واحد (0.6 ميل) 
• متوسط : قيود على الرؤية بين 0.5 و 1 كيلومتر (0.3 و 0.6 ميل) 
• كثيف : الرؤية أقل من 0.5 كيلومتر (0.3 ميل) 

قد تتسبب العواصف الثلجية في ترسب الثلوج على شكل نطاقات تمتد من المسطحات المائية كظاهرة جوية مرتبطة بالبحيرات أو نتيجة مرور جبهة هوائية علوية. ^{[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ]}

يُعرّف التصنيف الدولي للثلوج الموسمية على الأرض "ارتفاع الثلج الجديد" بأنه عمق الثلج المتساقط حديثًا، مُقاسًا بالسنتيمترات باستخدام مسطرة، والذي تراكم على لوح التزلج خلال فترة رصد مدتها 24 ساعة، أو أي فترة رصد أخرى. بعد القياس، يُزال الثلج من اللوح ويُعاد وضعه بمحاذاة سطح الثلج لضمان دقة القياس في نهاية الفترة التالية. ^{[ 4 ]} يُساهم ذوبان الثلج وتراكمه وهبوب الرياح وانجرافه في صعوبة قياس تساقط الثلوج. ^{[ 47 ]}

تغطي الأنهار الجليدية، بما تحويه من ثلوج دائمة، حوالي 10% من سطح الأرض، بينما يغطي الثلج الموسمي حوالي 9%، ^{[ 1 ]} معظمها في نصف الكرة الشمالي، حيث يغطي الثلج الموسمي حوالي 40 مليون كيلومتر مربع (15 × 10 ^ ^{6 ميل} مربع ) ، وفقًا لتقديرات عام 1987. ^{[ 48 ]} وأشارت تقديرات عام 2007 لغطاء الثلج فوق نصف الكرة الشمالي إلى أن غطاء الثلج، في المتوسط، يتراوح بين حد أدنى يبلغ مليوني كيلومتر مربع (0.77 × 10 ^ ^{6 ميل} مربع ) في شهر أغسطس من كل عام، وحد أقصى يبلغ 45 مليون كيلومتر مربع (17 × 10 ^ ^{6 ميل} مربع ) في شهر يناير من كل عام، أي ما يقرب من نصف مساحة اليابسة في ذلك النصف من الكرة الأرضية. ^{[ 49 ] [ 50 ]} تشير دراسة لمدى الغطاء الثلجي في نصف الكرة الشمالي للفترة 1972-2006 إلى انخفاض قدره 0.5 مليون كيلومتر مربع (0.19 × 10 ^ ^{6 ميل} مربع ) على مدى 35 عامًا. ^{[ 50 ]}            

فيما يلي أرقام قياسية عالمية تتعلق بتساقط الثلوج وعدد رقاقات الثلج:

• أعلى معدل تساقط ثلوج موسمي - سُجّل الرقم القياسي العالمي لأعلى معدل تساقط ثلوج موسمي في الولايات المتحدة الأمريكية، وتحديدًا في منتجع جبل بيكر للتزلج ، خارج مدينة بيلينجهام بولاية واشنطن، خلال موسم 1998-1999. تلقى جبل بيكر 2896 سم (95.01 قدمًا) من الثلج، ^{[ 51 ]} متجاوزًا بذلك الرقم القياسي السابق المسجل باسم جبل رينييه في ولاية واشنطن، والذي تلقى 2850 سم (93.5 قدمًا) من الثلج خلال موسم 1971-1972 . ^{[ 52 ]}    
• أعلى متوسط ​​سنوي لتساقط الثلوج - الرقم القياسي العالمي لأعلى متوسط ​​سنوي لتساقط الثلوج هو 1764 سم (57.87 قدم) ، وقد تم قياسه في سوكايو أونسن ، اليابان، خلال الفترة من 1981 إلى 2010. ^{[ 53 ] [ 54 ]}  
• أكبر ندفة ثلجية – وفقًا لموسوعة غينيس للأرقام القياسية ، سقطت أكبر ندفة ثلجية في العالم في يناير 1887 خارج مدينة مايلز سيتي الحالية في ولاية مونتانا . وبلغ قطرها 38 سم (15 بوصة) . ^{[ 55 ]}  

المدن (التي يزيد عدد سكانها عن 100,000 نسمة) ذات أعلى معدل تساقط للثلوج سنوياً هي أوموري (792  سم)، وسابورو (485  سم)، وتوياما (363  سم) في اليابان ، تليها سانت جونز (332  سم) ومدينة كيبيك (315  سم) في كندا ، وسيراكيوز، نيويورك (325  سم). ^{[ 56 ]}

بمرور الوقت، قد يستقر غطاء الثلج تحت وطأة وزنه حتى تصل كثافته إلى حوالي 30% من كثافة الماء. وتحدث الزيادات في الكثافة فوق هذا الانضغاط الأولي بشكل أساسي نتيجة الذوبان وإعادة التجمد، بسبب درجات الحرارة فوق الصفر أو الإشعاع الشمسي المباشر. في المناخات الباردة، يبقى الثلج على الأرض طوال فصل الشتاء. وبحلول أواخر الربيع، تصل كثافة الثلج عادةً إلى حد أقصى يبلغ 50% من كثافة الماء. ^{[ 58 ]} أما الثلج الذي يستمر حتى الصيف فيتحول إلى ثلج حبيبي (نيفيه )، وهو ثلج ذاب جزئيًا ثم تجمد مرة أخرى وانضغط. تبلغ الكثافة الدنيا للثلج الحبيبي 500 كيلوغرام لكل متر مكعب (31 رطل/ قدم مكعب) ، أي ما يقارب نصف كثافة الماء السائل. ^{[ 59 ]}  

الثلج المتراكم (الفيرن) هو ثلجٌ ظلّ متراكماً لسنواتٍ عديدة، وتبلور من جديد ليصبح مادةً أكثر كثافةً من الثلج المتراكم ( نيفيه) ، ولكنه أقل كثافةً وصلابةً من الجليد الجليدي . يشبه الفيرن السكر المتكتل، وهو شديد المقاومة للجرف. تتراوح كثافته عموماً بين 550 و830 كيلوغراماً للمتر المكعب (34 إلى 52 رطلاً/ قدم مكعب) ، وغالباً ما يُوجد أسفل الثلج المتراكم عند رأس النهر الجليدي . يُطلق على أدنى ارتفاع يتراكم عنده الفيرن على النهر الجليدي اسم حد الفيرن أو خط الفيرن أو خط الثلج . ^{[ 1 ] [ 60 ]}  

عندما تتراكم الثلوج الناعمة بفعل الرياح من مكان سقوطها الأصلي، ^{[ 62 ]} فإنها تُشكّل رواسب يصل عمقها إلى عدة أمتار في مواقع متفرقة. ^{[ 63 ]} وبعد التصاقها بسفوح التلال، قد تتحول الثلوج المتراكمة بفعل الرياح إلى طبقة ثلجية، مما يُشكّل خطرًا لحدوث انهيارات ثلجية على المنحدرات الشديدة. ^{[ 64 ]}

الانهيار الثلجي (ويُسمى أيضًا الانزلاق الثلجي) هو تدفق سريع للثلوج أسفل سطح مائل. عادةً ما تبدأ الانهيارات الثلجية في منطقة معينة نتيجة خلل ميكانيكي في طبقة الثلج (انهيار ثلجي متكتل) عندما تتجاوز القوى المؤثرة على الثلج مقاومته، ولكن في بعض الأحيان تتسع تدريجيًا فقط (انهيار ثلجي سائب). بعد بدء الانهيار، تتسارع الانهيارات الثلجية عادةً بسرعة وتزداد كتلتها وحجمها مع ازدياد كمية الثلج التي تجرفها . إذا تحرك الانهيار بسرعة كافية، فقد يختلط بعض الثلج بالهواء مكونًا انهيارًا ثلجيًا مسحوقيًا، وهو نوع من التيارات بفعل الجاذبية . تحدث الانهيارات الثلجية بثلاث آليات رئيسية: ^{[ 64 ]}

• تحدث الانهيارات الثلجية الكتلية في الثلوج المتراكمة أو التي أعيد ترسبها بفعل الرياح. وتتميز هذه الانهيارات بمظهرها المميز ككتلة (لوح) من الثلج منفصلة عن محيطها بفعل الشقوق. وهي مسؤولة عن معظم الوفيات في المناطق الجبلية الوعرة.
• تنتج الانهيارات الثلجية المسحوقية عن ترسب مسحوق جاف طازج، مُولِّدةً سحابةً من المسحوق تغطي منطقة الانهيار الكثيفة. وقد تتجاوز سرعتها 300 كيلومتر في الساعة (190 ميلاً في الساعة) ، وكتلتها 10 ملايين طن (9.8 مليون طن إنجليزي؛ 11 مليون طن أمريكي) ؛ ويمكن أن تقطع تدفقاتها مسافات طويلة على طول قيعان الوديان المسطحة، وحتى صعوداً لمسافات قصيرة. 
• تُعدّ الانهيارات الثلجية الرطبة عبارة عن تعليق منخفض السرعة للثلج والماء، حيث يقتصر التدفق على سطح المسار. ^{[ 64 ]} ويعود انخفاض سرعة الحركة إلى الاحتكاك بين سطح المسار المنزلق وتدفق الماء المشبع. وعلى الرغم من انخفاض سرعة الحركة (من 10 إلى 40 كيلومترًا في الساعة تقريبًا (من 6 إلى 25 ميلًا في الساعة) )، فإن الانهيارات الثلجية الرطبة قادرة على توليد قوى تدميرية هائلة، نظرًا لكتلتها الكبيرة وكثافتها العالية. ^{[ 65 ]} 

تتلقى العديد من الأنهار التي تنبع من المناطق الجبلية أو ذات خطوط العرض العليا جزءًا كبيرًا من تدفقها من ذوبان الثلوج. وهذا غالبًا ما يجعل تدفق النهر موسميًا للغاية، مما يؤدي إلى فيضانات دورية [66] خلال أشهر الربيع، وفي المناطق الجبلية الجافة على الأقل، مثل غرب الولايات المتحدة أو معظم إيران وأفغانستان ، ^{يكون التدفق منخفضًا} جدًا لبقية العام . في المقابل، إذا كان معظم الذوبان من مناطق جليدية أو شبه جليدية، فإن الذوبان يستمر خلال الموسم الدافئ، مع ذروة التدفق في منتصف إلى أواخر الصيف. ^{[ 67 ]}

تتشكل الأنهار الجليدية عندما يتجاوز تراكم الثلج والجليد معدل ذوبانهما. تُسمى المنطقة التي يتشكل فيها النهر الجليدي الألبي بالحوض الجليدي (أو ما يُعرف أيضًا باسم "السيرك")، وهو عبارة عن تكوين جيولوجي على شكل كرسي، حيث يتجمع الثلج وتتراص طبقاته تحت وطأة تراكمات الثلج المتتالية، مُشكلةً ما يُعرف بـ"النيفيه". ويؤدي المزيد من تكسر بلورات الثلج الفردية وانخفاض كمية الهواء المحتبس فيها إلى تحويلها إلى جليد جليدي. يملأ هذا الجليد الجليدي الحوض الجليدي حتى يفيض عبر نقطة ضعف جيولوجية أو مسار هروب، مثل الفجوة بين جبلين. عندما تصبح كتلة الثلج والجليد سميكة بما يكفي، تبدأ بالتحرك نتيجةً لتضافر عوامل ميل السطح والجاذبية والضغط. على المنحدرات الأكثر انحدارًا، يمكن أن يحدث هذا بسماكة لا تتجاوز 15 مترًا (49 قدمًا) من الثلج والجليد. ^{[ 1 ]}  

في الميدان، يقوم علماء الثلوج عادةً بحفر حفرة ثلجية لإجراء قياسات وملاحظات أساسية. تُساعد هذه الملاحظات في وصف خصائص ناتجة عن الرياح، أو تسرب المياه، أو تساقط الثلوج من الأشجار. يُمكن أن يُؤدي تسرب المياه إلى طبقة الثلج إلى تكوين تيارات مائية وتجمعات، أو تدفق المياه على طول الحواجز الشعرية، والتي يُمكن أن تتجمد مرة أخرى لتُشكّل تكوينات جليدية صلبة أفقية ورأسية داخل طبقة الثلج. من بين قياسات خصائص طبقات الثلج التي يتضمنها التصنيف الدولي للثلوج الموسمية على الأرض : ارتفاع الثلج، ومكافئ الماء في الثلج، وقوة الثلج، ومدى تغطية الثلج. لكل منها رمز ووصف تفصيلي. يُوسّع هذا التصنيف تصنيفات ناكايا وخلفائه السابقة لتشمل أنواعًا مُرتبطة من الهطول، وهي مُدرجة في الجدول التالي: ^{[ 4 ]}

تتشكل جميعها في السحب، باستثناء الصقيع، الذي يتشكل على الأجسام المعرضة للرطوبة فائقة التبريد.

كما يتميز هذا التصنيف بشمولية أكبر للثلوج المتراكمة مقارنةً بتصنيفات الثلوج المحمولة جوًا. تشمل هذه التصنيفات أنواع الثلوج الطبيعية والصناعية، ووصفًا لبلورات الثلج أثناء تحولها وذوبانها، وتكوّن الصقيع في طبقة الثلج، وتشكّل الجليد فيها. تختلف كل طبقة من طبقات الثلج عن الطبقات المجاورة لها بواحدة أو أكثر من الخصائص التي تصف بنيتها المجهرية أو كثافتها، والتي تُحدد مجتمعةً نوع الثلج، بالإضافة إلى خصائص فيزيائية أخرى. لذا، يجب تحديد نوع وحالة الثلج المُشكّل للطبقة في أي وقت، لأن خصائصه الفيزيائية والميكانيكية تعتمد عليهما. تشمل الخصائص الفيزيائية البنية المجهرية، وحجم وشكل الحبيبات، وكثافة الثلج، ومحتوى الماء السائل، ودرجة الحرارة. ^{[ 4 ]}

عند قياس الغطاء الثلجي على الأرض، تُقاس عادةً ثلاثة متغيرات: مدى الغطاء الثلجي (SCE) - مساحة الأرض المغطاة بالثلج، ومدة الغطاء الثلجي (SD) - المدة التي تبقى فيها منطقة معينة مغطاة بالثلج، وتراكم الثلج، والذي يُعبر عنه غالبًا بمكافئ الماء الثلجي (SWE)، والذي يُبين كمية الماء التي سيحتويها الثلج لو ذاب بالكامل: وهذا الأخير هو قياس لحجم الغطاء الثلجي. ^{[ 69 ]} لقياس هذه المتغيرات، تُستخدم تقنيات متنوعة: الملاحظات السطحية، والاستشعار عن بُعد ، ونماذج سطح الأرض ، ومنتجات إعادة التحليل . غالبًا ما تُدمج هذه التقنيات لتكوين مجموعات بيانات أكثر شمولًا. ^{[ 69 ]}

يشمل الاستشعار عن بُعد للغطاءات الثلجية باستخدام الأقمار الصناعية وغيرها من المنصات عادةً جمع صور متعددة الأطياف. ^{[ 70 ]} يسمح التفسير متعدد الأوجه للبيانات المُستقاة باستنتاجات حول ما يُرصد. وقد تم التحقق من صحة الأسس العلمية لهذه الملاحظات عن بُعد من خلال دراسات ميدانية للظروف الفعلية. ^{[ 1 ] [ 71 ]}

سجلت عمليات الرصد بالأقمار الصناعية انخفاضًا في المساحات المغطاة بالثلوج منذ ستينيات القرن الماضي، حين بدأت هذه العمليات. وفي بعض المناطق، كالصين، لوحظ اتجاه نحو زيادة الغطاء الثلجي بين عامي 1978 و2006. تُعزى هذه التغيرات إلى تغير المناخ العالمي، الذي قد يؤدي إلى ذوبان الثلوج مبكرًا وانخفاض مساحة التغطية. وفي بعض المناطق، يزداد عمق الثلوج نتيجة ارتفاع درجات الحرارة في خطوط العرض شمال خط عرض 40 درجة. أما بالنسبة لنصف الكرة الشمالي ككل، فقد انخفض متوسط ​​مساحة الغطاء الثلجي الشهري بنسبة 1.3% كل عقد. ^{[ 72 ]}

تعتمد أكثر الطرق شيوعًا لرسم خرائط وقياس مدى امتداد الثلج وعمقه ومكافئه المائي على مدخلات متعددة من الطيف المرئي والأشعة تحت الحمراء لاستنتاج وجود الثلج وخصائصه. يستخدم المركز الوطني لبيانات الثلج والجليد (NSIDC) انعكاس الإشعاع المرئي والأشعة تحت الحمراء لحساب مؤشر فرق الثلج المعياري، وهو نسبة بين معايير الإشعاع التي تميز بين السحب والثلج. وقد طور باحثون آخرون أشجار القرار، مستخدمين البيانات المتاحة لإجراء تقييمات أكثر دقة. يتمثل أحد تحديات هذا التقييم في المناطق التي يكون فيها الغطاء الثلجي غير منتظم، على سبيل المثال خلال فترات التراكم أو الذوبان، وكذلك في المناطق الحرجية. يعيق الغطاء السحابي الاستشعار البصري لانعكاس السطح، مما أدى إلى ظهور طرق أخرى لتقدير حالة الأرض تحت السحب. بالنسبة للنماذج الهيدرولوجية، من المهم الحصول على معلومات مستمرة حول الغطاء الثلجي. تُعد أجهزة استشعار الموجات الدقيقة السلبية ذات قيمة خاصة للاستمرارية الزمنية والمكانية لأنها تستطيع رسم خرائط السطح تحت السحب وفي الظلام. عند دمجها مع القياسات الانعكاسية، يُوسع استشعار الموجات الدقيقة السلبية بشكل كبير الاستدلالات الممكنة حول الغطاء الثلجي. ^{[ 72 ]}

تُظهر قياسات الأقمار الصناعية أن الغطاء الثلجي يتناقص في العديد من مناطق العالم منذ عام 1978. ^{[ 69 ]}

غالباً ما يؤدي علم الثلج إلى نماذج تنبؤية تشمل ترسب الثلج وذوبانه وهيدرولوجيا الثلج - وهي عناصر من دورة المياه على الأرض - والتي تساعد في وصف تغير المناخ العالمي . ^{[ 1 ]}

تُدرج نماذج تغير المناخ العالمية (GCMs) الثلج كعامل في حساباتها. تشمل بعض الجوانب المهمة للغطاء الثلجي انعكاسيته ( انعكاس الإشعاع الساقط، بما في ذلك الضوء) وخصائصه العازلة، مما يُبطئ معدل الذوبان الموسمي للجليد البحري. اعتبارًا من عام 2011، كان يُعتقد أن أداء مرحلة الذوبان في نماذج الثلج ضمن نماذج تغير المناخ العالمية ضعيف في المناطق ذات العوامل المعقدة التي تُنظم ذوبان الثلج، مثل الغطاء النباتي والتضاريس. عادةً ما تستمد هذه النماذج مكافئ الماء للثلج (SWE) بطريقة ما من رصد الأقمار الصناعية للغطاء الثلجي. ^{[ 1 ]} يُعرّف التصنيف الدولي للثلوج الموسمية على الأرض مكافئ الماء للثلج بأنه "عمق الماء الناتج عن ذوبان كتلة الثلج بالكامل". ^{[ 4 ]}

نظراً لأهمية ذوبان الثلوج للزراعة، تتناول نماذج الجريان السطحي الهيدرولوجي التي تشمل الثلوج في تنبؤاتها مراحل تراكم الغطاء الثلجي، وعمليات الذوبان، وتوزيع مياه الذوبان عبر شبكات الجداول وصولاً إلى المياه الجوفية. وتُعدّ تدفقات الحرارة الشمسية، ودرجة الحرارة المحيطة، والرياح، والهطول عوامل أساسية لوصف عمليات الذوبان. استخدمت نماذج ذوبان الثلوج الأولية منهجية درجات اليوم التي ركزت على فرق درجة الحرارة بين الهواء والغطاء الثلجي لحساب مكافئ الماء في الثلج (SWE). أما النماذج الأحدث فتستخدم منهجية توازن الطاقة التي تأخذ في الحسبان العوامل التالية لحساب Q_{_m} ، وهي الطاقة المتاحة للذوبان. ويتطلب ذلك قياس مجموعة من عوامل الغطاء الثلجي والعوامل البيئية لحساب ست آليات لتدفق الحرارة تُسهم في Q_{_m} . ^{[ 1 ]}

يؤثر الثلج على حرم الطرق السريعة والمطارات والسكك الحديدية. وتُعدّ كاسحة الثلج أداة مشتركة بين جميع العاملين، مع العلم أن الطرق تُعالج بمواد كيميائية مانعة للتجمد لمنع تراكم الجليد، بينما قد لا تُعالج المطارات بهذه الطريقة؛ وتعتمد السكك الحديدية على مواد كاشطة لضمان احتكاك القضبان. ^{[ 74 ] [ 75 ]}

الطريق السريع

في أواخر القرن العشرين، قُدّر الإنفاق السنوي في أمريكا الشمالية على صيانة الطرق خلال فصل الشتاء بنحو ملياري دولار، وذلك بسبب الثلوج وغيرها من الظواهر الجوية الشتوية، وفقًا لتقرير صادر عن شركة كوميل عام ١٩٩٤. وقد استطلعت الدراسة ممارسات السلطات القضائية في ٤٤ ولاية أمريكية وتسع مقاطعات كندية، وقيمت السياسات والممارسات والمعدات المستخدمة في صيانة الطرق خلال فصل الشتاء. وخلصت الدراسة إلى أن ممارسات مماثلة وتقدمًا مماثلًا منتشران في أوروبا. ^{[ ٧٦ ]}

يتمثل التأثير الرئيسي للثلوج على تلامس المركبات مع الطريق في تقليل الاحتكاك. ويمكن تحسين ذلك باستخدام إطارات الثلج ، التي تتميز بنقوش مصممة لضغط الثلج بطريقة تعزز قوة الجر. ويكمن مفتاح الحفاظ على طريق صالح لحركة المرور أثناء وبعد تساقط الثلوج في برنامج فعال لمكافحة التجلد، يستخدم المواد الكيميائية والتجريف معًا . [ ^{76 ] ويؤكد} دليل الممارسات الصادر عن إدارة الطرق السريعة الفيدرالية لبرنامج فعال لمكافحة التجلد على إجراءات "مكافحة التجلد" التي تمنع التصاق الثلج والجليد بالطريق. وتشمل الجوانب الرئيسية لهذه الممارسة: فهم مكافحة التجلد في ضوء مستوى الخدمة المطلوب تحقيقه على طريق معين، والظروف المناخية المتوقعة، والأدوار المختلفة لمواد إزالة الجليد، ومواد مكافحة التجلد، والمواد الكاشطة وتطبيقاتها، واستخدام "مجموعات أدوات" لمكافحة التجلد، إحداها للعمليات، وأخرى لاتخاذ القرارات، وثالثة للموظفين. وتتضمن عناصر مجموعات الأدوات ما يلي: ^{[ 74 ]}

• العمليات – تتناول هذه الوحدة استخدام المواد الكيميائية الصلبة والسائلة، باستخدام تقنيات متنوعة، بما في ذلك الترطيب المسبق لأملاح الكلوريد. كما تتناول قدرة الحراثة، بما في ذلك أنواع كاسحات الثلج والشفرات المستخدمة.
• اتخاذ القرارات – يجمع بين معلومات التنبؤات الجوية ومعلومات الطرق لتقييم الاحتياجات القادمة لتطبيق الأصول وتقييم فعالية المعالجة مع العمليات الجارية.
• شؤون الموظفين – يتناول هذا القسم تدريب ونشر الموظفين لتنفيذ برنامج مكافحة الجليد بشكل فعال، باستخدام المواد والمعدات والإجراءات المناسبة.

يقدم الدليل مصفوفات تتناول أنواعًا مختلفة من الثلوج ومعدل تساقطها لتخصيص التطبيقات بشكل مناسب وفعال.

تُستخدم حواجز الثلج ، التي تُبنى في اتجاه الريح من الطرق، للتحكم في تراكم الثلوج عن طريق توجيهها لتتجمع في مكان محدد. كما تُستخدم أيضًا على خطوط السكك الحديدية. بالإضافة إلى ذلك، يستخدم المزارعون ومربو الماشية حواجز الثلج لإنشاء أكوام من الثلج في أحواض لتوفير مصدر مياه جاهز في فصل الربيع. ^{[ 77 ] [ 78 ]}

الطيران

لضمان استمرار عمل المطارات خلال العواصف الشتوية، تتطلب مدارج الطائرات وممرات التاكسي إزالة الثلوج. وعلى عكس الطرق، حيث يشيع استخدام المعالجة الكيميائية بالكلوريد لمنع التصاق الثلوج بسطح الرصف، تُحظر هذه المواد الكيميائية عادةً في المطارات نظرًا لتأثيرها التآكلي الشديد على الطائرات المصنوعة من الألومنيوم. ونتيجةً لذلك، تُستخدم الفُرش الميكانيكية غالبًا لدعم عمل كاسحات الثلوج. ونظرًا لعرض مدارج الطائرات في المطارات التي تستقبل طائرات كبيرة، تُستخدم مركبات ذات شفرات كاسحة كبيرة، أو أسطول من مركبات الكاسحة، أو كاسحات ثلج دوارة لإزالة الثلوج من المدارج وممرات التاكسي. وقد تتطلب ساحات وقوف الطائرات في الصالات إزالة الثلوج من مساحة 6 هكتارات (15 فدانًا) أو أكثر. ^{[ 79 ]}

تستطيع الطائرات المجهزة تجهيزًا مناسبًا الطيران عبر العواصف الثلجية وفقًا لقواعد الطيران الآلي . قبل الإقلاع، تحتاج هذه الطائرات إلى سائل إزالة الجليد أثناء العواصف الثلجية لمنع تراكم وتجمد الثلج والهطولات الأخرى على الأجنحة وهياكل الطائرات، مما قد يُعرّض سلامة الطائرة وركابها للخطر. ^{[ 80 ]} أثناء الطيران، تعتمد الطائرات على آليات متنوعة لتجنب الصقيع وأنواع أخرى من التجلد في السحب، ^{[ 81 ]} وتشمل هذه الآليات مضخات هوائية نابضة ، ومناطق كهروحرارية تولد الحرارة، وسوائل إزالة الجليد التي تُسكب على السطح. ^{[ 82 ]}

يمكن أن يكون تساقط الثلوج مفيدًا للزراعة، إذ يعمل كعازل حراري ، فيحافظ على حرارة الأرض ويحمي المحاصيل من درجات الحرارة المتجمدة. وتعتمد بعض المناطق الزراعية على تراكم الثلوج خلال فصل الشتاء، والتي تذوب تدريجيًا في الربيع، موفرةً المياه لنمو المحاصيل، سواءً بشكل مباشر أو عبر جريان المياه في الجداول والأنهار التي تغذي قنوات الري. ^{[ 1 ]} فيما يلي أمثلة على الأنهار التي تعتمد على مياه ذوبان الأنهار الجليدية أو الثلوج الموسمية كجزء مهم من تدفقها الذي يعتمد عليه الري: نهر الغانج ، الذي تنبع العديد من روافده من جبال الهيمالايا ، والذي يوفر الكثير من مياه الري في شمال وشمال شرق الهند، [86] ونهر السند وروافده ، التي ^{تنبع من التبت} وغرب جبال الهيمالايا [ 87 ] ^{وتوفر مياه الري} لشمال وشرق باكستان وشمال غرب الهند من الأنهار الجليدية المتراجعة بسرعة، ^{[ 88 ]} ونهر كولورادو ، الذي يتلقى معظم مياهه من الثلوج الموسمية في جبال روكي ^{[ 89 ]} ويوفر مياه الري لحوالي 4 ملايين فدان (1.6 مليون هكتار) . ^{[ 90 ]}  

يُعدّ الثلج عاملاً مهماً في حساب الأحمال على المنشآت. ولمعالجة هذه المسألة، تعتمد الدول الأوروبية المواصفة الأوروبية رقم 1: الأحمال على المنشآت - الجزء 1-3: الأحمال العامة - أحمال الثلج . ^{[ 91 ]} وفي أمريكا الشمالية، تُقدّم الجمعية الأمريكية للمهندسين المدنيين (ASCE) إرشادات حول أحمال الثلج في التصميم الأدنى للمباني والمنشآت الأخرى . ^{[ 92 ]} ويستخدم كلا المعيارين أساليب لتحويل أقصى أحمال الثلج المتوقعة على الأرض إلى أحمال تصميمية للأسقف. ^{[ 91 ] [ 92 ]}

الأسطح

تُعدّ أحمال الثلج والجليد من أهم المشاكل التي تواجه أسطح المباني. ترتبط أحمال الثلج بالمناخ الذي يقع فيه المبنى. أما الجليد، فينتج عادةً عن توليد المبنى أو المنشأة للحرارة التي تُذيب الثلج المتراكم عليها. ^{[ 93 ]}

أحمال الثلج - الحد الأدنى لأحمال التصميم للمباني والمنشآت الأخرى يوفر إرشادات حول كيفية ترجمة العوامل التالية إلى أحمال الثلج على السطح: ^{[ 92 ]}

• أحمال الثلج على الأرض
• انكشاف السقف
• الخصائص الحرارية للسقف
• شكل السقف
• الانجراف
• أهمية المبنى

يُقدّم هذا المعيار جداول لأحمال الثلوج الأرضية حسب المنطقة، ومنهجية لحساب هذه الأحمال التي قد تختلف باختلاف الارتفاع عن القيم المقاسة في المناطق المجاورة. ويستخدم المعيار الأوروبي رقم 1 منهجيات مماثلة، بدءًا من أحمال الثلوج الأرضية المُجدولة لأجزاء من أوروبا. ^{[ 91 ]}

التجمّد – يجب تصميم الأسطح أيضًا لتجنب تكوّن سدود الجليد ، التي تنتج عن ذوبان الثلوج المتراكمة أسفل الثلج على السطح وتجمّدها عند الحافة. ​​تتشكّل سدود الجليد على الأسطح عندما يذوب الثلج المتراكم على سطح مائل ويتدفق إلى أسفل السطح، تحت طبقة الثلج العازلة، حتى يصل إلى هواء بدرجة حرارة أقل من درجة التجمد، عادةً عند الحافة . ​​عندما يصل ذوبان الثلوج إلى الهواء المتجمد، يتراكم الجليد، مُشكّلاً سدًا، ولا يستطيع الثلج الذي يذوب لاحقًا التصريف بشكل صحيح عبر السد. ^{[ 94 ]} قد تؤدي سدود الجليد إلى تلف مواد البناء أو إلى أضرار أو إصابات عند سقوط سد الجليد أو عند محاولة إزالته. ينتج الذوبان عن انتقال الحرارة عبر السطح تحت طبقة الثلج العازلة. ^{[ 93 ] [ 95 ]}

يُعدّ الثلج عنصراً أساسياً في العديد من الرياضات الشتوية وأشكال الترفيه، بما في ذلك التزلج والتزحلق على الجليد . ومن الأمثلة الشائعة على ذلك التزلج الريفي ، والتزلج الألبي ، والتزلج على الجليد ، والمشي بالأحذية الثلجية ، وركوب الدراجات الثلجية . ويعتمد تصميم المعدات المستخدمة، مثل الزلاجات وألواح التزلج، عادةً على قدرة الثلج على التحمل، ويراعي معامل الاحتكاك عند ملامسته للثلج. ^{[ 99 ]}

تُعدّ رياضة التزلج على الجليد الشكلَ الأكبرَ للأنشطة الترفيهية الشتوية. ففي عام 1994، من بين ما يُقدّر بنحو 65 إلى 75 مليون متزلج حول العالم، كان هناك حوالي 55 مليونًا يمارسون التزلج الألبي ، بينما يمارس الباقون التزلج الريفي . وبلغ عدد المتزلجين (بمختلف أنواعه) حوالي 30 مليونًا في أوروبا، و15 مليونًا في الولايات المتحدة، و14 مليونًا في اليابان. وفي عام 1996، أفادت التقارير بوجود 4500 منطقة تزلج، تُشغّل 26000 مصعدًا للتزلج، وتستقبل 390 مليون زائر سنويًا. وكانت أوروبا المنطقةَ الأكثر انتشارًا للتزلج على المنحدرات، تليها اليابان ثم الولايات المتحدة. ^{[ 100 ]}

تعتمد منتجعات التزلج بشكل متزايد على صناعة الثلج ، وهي عملية إنتاج الثلج عن طريق ضخ الماء والهواء المضغوط عبر مدفع ثلجي على منحدرات التزلج. ^{[ 101 ]} تُستخدم صناعة الثلج بشكل أساسي لتكملة الثلج الطبيعي في منتجعات التزلج . ^{[ 102 ]} وهذا يسمح لها بتحسين موثوقية غطاء الثلج وتمديد مواسم التزلج من أواخر الخريف إلى أوائل الربيع. تتطلب عملية إنتاج الثلج درجات حرارة منخفضة. وتزداد درجة الحرارة اللازمة لصناعة الثلج مع انخفاض الرطوبة. تُستخدم درجة حرارة البصيلة الرطبة كمقياس لأنها تأخذ في الاعتبار درجة حرارة الهواء والرطوبة النسبية. تُعد صناعة الثلج عملية مكلفة نسبيًا من حيث استهلاك الطاقة، مما يحد من استخدامها. ^{[ 103 ]}

يعمل شمع التزلج على تحسين قدرة الزلاجة (أو أي لوح تزلج آخر) على الانزلاق فوق الثلج عن طريق تقليل معامل الاحتكاك، الذي يعتمد على خصائص كل من الثلج والزلاجة لتحقيق مستوى مثالي من التزييت الناتج عن ذوبان الثلج بفعل الاحتكاك مع الزلاجة - فإذا كان التزييت قليلاً جدًا، تتفاعل الزلاجة مع بلورات الثلج الصلبة، وإذا كان كثيرًا جدًا، فإن الخاصية الشعرية للماء الذائب تُعيق حركة الزلاجة. قبل أن تتمكن الزلاجة من الانزلاق، يجب أن تتغلب على أقصى قيمة للاحتكاك السكوني. ويحدث الاحتكاك الحركي (أو الديناميكي) عندما تتحرك الزلاجة فوق الثلج. ^{[ 104 ]}

يؤثر الثلج على العمليات الحربية التي تُشنّ في فصل الشتاء، أو في البيئات الجبلية، أو في خطوط العرض العليا. وتتمثل العوامل الرئيسية في ضعف الرؤية اللازمة لتحديد الأهداف أثناء تساقط الثلج، وتحسن رؤية الأهداف على خلفيات ثلجية لأغراض التصويب، بالإضافة إلى تأثيره على حركة القوات الآلية والمشاة . كما يمكن أن يُعيق تساقط الثلوج بشدة عمليات إمداد القوات . ويمكن أن يوفر الثلج أيضًا غطاءً وتحصينًا ضد نيران الأسلحة الخفيفة. ^{[ 73 ]} ومن أبرز الحملات الحربية الشتوية التي أثر فيها الثلج وعوامل أخرى على العمليات ما يلي:

• خلال الغزو الفرنسي لروسيا ، صعّبت ظروف الجر السيئة على الخيول غير المجهزة جيدًا من وصول عربات الإمداد إلى القوات. ^{[ 105 ]} كما تأثرت تلك الحملة بشدة بالبرد، حيث وصل الجيش المنسحب إلى نهر نيمان في ديسمبر 1812 ومعه 10,000 جندي فقط من أصل 420,000 جندي كانوا قد انطلقوا لغزو روسيا في يونيو من العام نفسه. ^{[ 106 ]}
• أظهرت حرب الشتاء ، وهي محاولة من الاتحاد السوفيتي للاستيلاء على أراضٍ في فنلندا في أواخر عام 1939، تفوق الجيش الفنلندي في التكتيكات الشتوية ، فيما يتعلق بالتنقل فوق الثلج والتمويه واستخدام التضاريس. ^{[ 107 ]}
• شهدت معركة الثغرة، وهي هجوم مضاد ألماني خلال الحرب العالمية الثانية، بدأت في 16 ديسمبر 1944، عواصف ثلجية عاتية أعاقت الدعم الجوي للحلفاء للقوات البرية، كما أعاقت محاولات الألمان لإمداد خطوطهم الأمامية. [ 108 ] على ^{الجبهة الشرقية ،} مع الغزو النازي لروسيا عام 1941، عملية بارباروسا ، اضطر الجنود الروس والألمان على حد سواء إلى تحمل ظروف قاسية خلال الشتاء الروسي . وبينما كان استخدام مشاة التزلج شائعًا في الجيش الأحمر، شكلت ألمانيا فرقة واحدة فقط للتنقل على الزلاجات. ^{[ 107 ]}
• بدأت الحرب الكورية، التي استمرت من 25 يونيو 1950 حتى هدنة 27 يوليو 1953، عندما غزت كوريا الشمالية كوريا الجنوبية ^. ودارت معظم المعارك في ظروف شتوية قاسية، ^{لا سيما خلال} معركة خزان تشوسين ، التي كانت مثالاً صارخاً على تأثير البرد ^{على العمليات العسكرية، وخاصة} المركبات والأسلحة.

• العمليات العسكرية في الثلج
• 
  معسكر جيش نابليون الكبير ، خلال الانسحاب الشتوي من موسكو
• 
  القوات الفنلندية للتزلج خلال غزو الاتحاد السوفيتي لفنلندا
• 
  مركبات الجيش تتأقلم مع الثلوج خلال معركة الثغرة في الحرب العالمية الثانية
• 
  الاستعدادات العسكرية النرويجية خلال مناورة الاستجابة الباردة لعام 2009
• 
  قوات البحرية الأمريكية الخاصة (SEALs) تتدرب على حرب الشتاء في جبل ماموث ، كاليفورنيا

• كلمات الإسكيمو للثلج
• نوع خاطئ من الثلج

• ثلج برتقالي سيبيري عام 2007
• ألبرتا كليبر
• قائمة العواصف الثلجية
• قائمة أكثر الأماكن تساقطاً للثلوج في الولايات المتحدة حسب الولاية

• التزحلق
• تزلج
• ملاك الثلج
• صناعة الثلج
• رجل الثلج
• الرياضات الشتوية

• المطر المتجمد
• فروست
• حبيبات الثلج

• علم المياه الثلجية
• الجدول الزمني لأبحاث ندفة الثلج
• أوكيتشيرو ناكايا

• إيغلو
• كوينزي
• كهف ثلجي
• تجهيز الثلج