Modelling snow accumulation and snowmelt runoff – present approaches and results

The aim of the article is to give a review of methods applied for modelling the snow accumulation and snowmelt and to give a description of main processes governing the runoff from the snowpack. The progress in the understanding of processes running in the snowpack is documented both by worldwide results presented in many studies and by the results achieved by the authors in the selected small experimental catchments in the Czech Republic. The research is focused on 1) measuring the snowpack and analysing its spatial and temporal distribution, 2) assessing the role of different physical-geographical factors on snow accumulation and melting, 3) testing methods for interpolation of measured point data into area, and 4) modelling the snow accumulation and snowmelt in the local and regional scale. The main findings of the research show various ways of behaviour of snowpack accumulated in the forest and open areas in experimental catchments and show the most suitable interpolation methods taking into account one or more independent variables (slope, aspect, altitude, vegetation) for calculating the dependent variable (snow water equivalent, snow depth). The presented results also confirm the known problems with applying temperature-index snowmelt model, mainly for modelling the situations when the air temperature fluctuates near zero and for modelling the diurnal fluctuation of the snowmelt runoff. Modelování akumulace a tání sněhu – přehled současných přístupů a výsledků Tání sněhu způsobené vysokými teplotami vzduchu doprovázené kapalnými srážkami je v České republice častou příčinnou vzniku povodně. Cílem příspěvku je popsat hlavní procesy, které ovlivňují odtok ze sněhové pokrývky a poskytnout přehled o metodách, které jsou v současné době používány pro modelování akumulace a tání sněhu. Pokrok v pochopení procesů probíhajících ve sněhové pokrývce dokumentují jednak četné zahraniční výzkumy, jednak výzkumy, které byly provedeny autory textu na malých experimentálních povodích v horských oblastech České republiky a jejichž souhrn je v textu uveden. Výzkum autorů se zaměřuje na 1) měření charakteristik sněhové pokrývky a analýzu její prostorové a časové distribuce, 2) hodnocení role vybraných fyzicko-geografických faktorů na akumulaci a tání sněhu (sklon a expozice svahu, typ vegetace), 3) testování metod prostorové interpolace bodově měřených charakteristik sněhu a 4) modelování akumulace a tání sněhu v lokálním a regionálním měřítku. Ve sledovaných povodích ukazují hlavní výsledky výzkumu na rozdílné chování sněhové pokrývky akumulované v lese a na otevřených plochách, kdy v lese dochází k nižší akumulaci sněhové pokrývky a také k jejímu pozvolnějšímu tání než v případě otevřených ploch. Pro interpolaci bodových měření sněhu se ukazuje jako nejvhodnější použití metod, které do výpočtu neznámé závislé proměnné (výšky sněhu, vodní hodnoty sněhu) zahrnují jednu nebo více nezávislých proměnných, například nadmořskou výšku. Dosažené výsledky také potvrdily známé problémy s aplikací metody teplotního indexu (degree-day), především obtížnost modelování vodní hodnoty sněhu a odtoku ze sněhu v podmínkách teploty vzduchu kolísající kolem 0 °C. Problémy také nastávají při modelování denního chodu tání sněhu způsobeným vysokým úhrnem krátkovlnného záření a výrazným denním chodem teploty vzduchu (přes den kladná teplota vzduchu, v noci záporná teplota vzduchu). V těchto případech by bylo přínosnější použití metod založených na výpočtu energetické bilance sněhu. Metoda degree-day naopak uspokojivě modeluje situace s pozvolným přibýváním sněhu bez častých oblev a následné tání sněhu způsobené vysokými teplotami vzduchu a kapalnými srážkami.