Снежный и ледниковый покров играют ключевую роль в энергетическом балансе атмосферы благодаря своим уникальным радиационным характеристикам. Одним из важнейших параметров является альбедо — доля отражённой солнечной радиации. У свежевыпавшего снега альбедо может достигать 0,8–0,9, тогда как у старого снега и льда оно уменьшается до 0,4–0,6, особенно при наличии примесей (пыли, сажи). Это делает снежные покровы мощным регулятором поглощения солнечной энергии.
Высокое альбедо способствует охлаждению приземного слоя атмосферы и стабилизации климата в высоких широтах и на больших высотах. Ледники, покрытые более тёмным слоем, например, вулканическим пеплом или промышленными аэрозолями, уменьшают своё альбедо, что усиливает таяние, создавая положительную обратную связь между температурой и таянием.
Снег и лёд обладают высокой теплоёмкостью и низкой теплопроводностью, что замедляет вертикальный перенос тепла. В течение зимнего периода тепловой поток от подстилающей поверхности к атмосфере ограничен, особенно при наличии толстой снежной толщи. В результате формируется устойчивый инверсный температурный профиль: температура воздуха у поверхности ниже, чем выше по вертикали. Это способствует накоплению холодного воздуха в приземных слоях и возникновению феноменов, таких как морозные ямы и приподнятые инверсии.
Летом, в условиях интенсивной инсоляции, происходит поглощение энергии солнечного излучения и таянье снега и льда, сопровождающееся латентным теплообменом. Процесс таяния сопровождается поглощением тепла без изменения температуры, что создаёт мощный буфер для дневных температурных колебаний.
Снежный покров активно участвует в гидрологическом цикле: он аккумулирует влагу в холодный период года и высвобождает её в тёплый. В период таяния снежно-ледниковых масс высвобождаются большие объёмы влаги, которые испаряются и усиливают влагосодержание пограничного слоя атмосферы.
Сублимация снега также является важным процессом: при низких температурах и высокой солнечной радиации происходит прямой переход льда в пар, что сопровождается расходом скрытой теплоты. Этот процесс влияет как на локальный водный баланс, так и на тепловое состояние атмосферы.
Массивы ледников и постоянных снежных покровов оказывают значительное воздействие на циркуляцию воздуха. Холодные и плотные воздушные массы, формирующиеся над ледниками, склонны к стеканию по склонам под действием силы тяжести, образуя катабатические ветры. Эти потоки воздуха характеризуются высокой устойчивостью, малой турбулентностью и способны существенно изменять микроклимат в прилегающих районах.
В горах ледники участвуют в формировании горно-долинной циркуляции, включая подъёмные анемобарические потоки днём и нисходящие потоки ночью. В высокоширотных регионах ледниковые массивы, такие как Гренландский и Антарктический щиты, становятся источником планетарного охлаждения, способствуя образованию устойчивых антициклональных систем.
Взаимодействие атмосферы с ледниками и снежным покровом сопровождается множеством обратных связей, как положительных, так и отрицательных. Наиболее важной является положительная обратная связь “альбедо–таяние”: снижение площади снежного покрова или его загрязнение уменьшает альбедо, усиливает поглощение радиации, повышает температуру и способствует дальнейшему таянию.
С другой стороны, наличие снежного покрова в зимний период способствует ограничению испарения и турбулентного теплообмена, тем самым стабилизируя атмосферные процессы. Снежный покров также препятствует глубокой промерзлоте почвы и регулирует сроки весеннего паводка, что имеет значение как для атмосферы, так и для земной поверхности.
Для описания взаимодействия атмосферы с ледниками и снегом применяются численные климатические модели, включающие параметризации альбедо, сублимации, таяния и формирования снежного покрова. Особое внимание уделяется данным дистанционного зондирования — спутниковым наблюдениям, позволяющим отслеживать динамику снежного и ледового покрова в глобальном масштабе.
Наземные наблюдательные станции фиксируют характеристики снежного покрова: толщину, плотность, влажность, температуру, а также измеряют турбулентный обмен на автоматических метеорологических комплексах. Эти данные используются для валидации моделей и уточнения параметров тепло- и влагопереноса в условиях снежно-ледникового покрова.
Современные климатические изменения оказывают значительное влияние на состояние снежных и ледниковых систем. Ускоренное таяние ледников приводит к уменьшению площади отражающих поверхностей, росту морского уровня, изменению циркуляции воздуха и перераспределению влаги в атмосфере.
Сокращение снежного сезона ведёт к более раннему обнажению почвы, увеличению испарения, повышению температуры и, как следствие, дополнительному усилению глобального потепления. В этом контексте снег и лёд становятся климатическими индикаторами, отражающими состояние всей системы атмосферы и поверхности Земли.