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融雪是融雪径流形成的重要组成部分,融雪径流对西北干旱区的社会经济发展具有重要作用。国内研究大多着眼于大尺度融雪径流的研究,对雪层的融雪过程关注较少,而融雪过程的研究对融雪径流等更深入的研究具有重要的参考价值。本文利用天山积雪雪崩站2011年春季积雪温度、水分、热通量和气象要素的观测资料,对融雪前后雪层温度、水分、热通量的变化和融雪期积雪的能量收支情况进行了详尽的分析,得到以下结论:
(1)对于整个雪层来说,雪层下半部受外界气温的影响很小,在积雪期温度为-2℃左右,到融雪期上升到-0.15℃左右,雪层底部与地面交接处在整个观测期温度变化不大,一直维持在-0.13℃左右;而雪层上半部在积雪期受气温影响比较大,日波动变化比较明显,并且越靠近积雪表面温度变化波动越大;在融雪期除表层外雪层温度变化幅度反而减小。雪层温度可以下降到很低的程度,但不会上升到0℃或持续太久。
(2)从温度垂直变化角度来说,在融雪开始之前,雪层温度自上而下逐渐升高,雪层温度呈线性变化,温度梯度在-0.05℃/cm左右;融雪开始后,积雪表层平均温度可以达到0℃以上,随之温度逐渐降低,自20cm以下的雪层,雪层温度开始在-0.15℃上下浮动。
(3)在3月25日以前除了地表水分含量有所变化外,雪层其它深度水分含量几乎没有变化,到了融雪期各层含水量都有显著的波动变化。雪层上半部水分含量要高于下半部。融雪期各雪层水分含量呈日规律性变化。总的来说,融雪期雪层的水分含量要小于稳定期,这主要与雪粒之间的空隙有关。
(4)在积雪稳定期雪层下半部分,热量是由下往上传递的,并且越往上传递的热量越小,到55cm的时候已经基本为零:上部分雪层热量由上往下传递。
(5)在融雪期雪层的下半部分热通量发生显著变化,逐渐趋近于零;而上层由于辐射的增强热通量逐渐增大。融雪期雪层表面的热通量最高值出现在下午4点左右,可达90W/m2左右。
(6)阴雪天气对融雪期的雪层有显著影响:雪层上部温度有明显下降,下部雪层温度变化较小;雪层下部水分含量有增加趋势,上部水分含量减少;对表层的热通量影响比较大,可以使其降低到零值,对表面以下的雪层影响微乎其微。
(7)在融雪期各雪层温度和水分的变化趋势可以通过气温和融雪天数来进行模拟,并能取得很好的效果。通过分析可以看出气温对雪温的直接影响要小于气温对雪温的间接影响;雪层上层水分变化主要由气温升高造成的,而由上层下渗来的融雪水是造成下部水分含量变化的主要原因,气温对下部雪层水分的影响有限。对雪层下部热通量的模拟结果尚可,但在上部不可行。
(8)在春季融雪期由于温度升高,雪层的能量输入逐渐由负值转为正值并呈现一定的规律。各能量呈现日周期变化,最高值都出现在中午时刻;净辐射在能量输入中占主导地位,感热、潜热重要性次之;在整个融雪期内,天气过程对雪面能量输入有重大影响,在阴雪天气各个能量输入都很少导致雪面获得的净能量也很低甚至趋近于零;雪面-大气间的湍流交换随着季节的进行有增加的趋势,在融雪前期湍流交换以感热交换为主,在后期潜热交换比重增加。通过对研究区雪层获得净能量的估算得到了日融雪水当量的模拟值并与3个样点的实测值进行了对比。模拟结果的两个拟合优度指标:拟合优度系数R2分别为88.1%,86.6%和87.1%;体积差Dv分别为6.2%,6.3%和9.0%。这说明达到了较好的模拟效果。雪水的出流比较集中,绝大部分集中在每天下午的4、5个小时。在融雪开始时,雪水出流量峰值滞后于气温峰值约4个小时,以后逐渐缩短,到最后两者基本已经同步。雪水出流对净辐射的滞后与气温相似,只是比对气温的滞后时间长了约1个小时。