论文部分内容阅读
本研究从粒径、晶型等较微观的角度,对中国天山季节性积雪的深霜发育过程特征及其在时间-空间上的变化进行研究,建立季节性积雪深霜层的完整发育模式,分析深霜发育各阶段的微结构特征,通过对不同下垫面积雪深霜的发育特征的比较,得到天山山区季节性积雪深霜的时空分布规律。同时探讨了在全球气候变化背景下,模拟积雪量增加、温度升高和雪内温度梯度减小的组合情境下,深霜发育厚度、粒径和密度的响应。本论文的研究结果表明: (1)中国天山地区自然积雪以温度梯度环境下的动力变质为主,仅在融雪期前出现平衡变质。单层积雪的变质阶段和相应雪晶类型为:雪表期(非稳定动力变质,破碎雪晶和雪表刻面冰晶)——压缩期(压力变质)——稳定期(稳定动力变质,深霜晶和刻面冰晶)——过渡期(平衡变质,圆化的深霜晶和刻面冰晶)——融冻期(湿雪变质,融冻态冰晶)。积雪层理结构的本质是不同变质阶段和不同变质程度的雪层的组合。 (2)深霜发育初期的积雪深度决定深霜发育厚度大小,深霜发育初期深霜层厚度为雪深的40%。积雪深霜发育厚度和平均强度由降水量和降水时间分布决定。 (3)中国天山季节性积雪深霜的发育阶段和相应雪晶类型为:发育雏形期(刻面冰晶FC为主)——松散深霜期(DHcp为主,少量DHpr和DH1a,全层松散)——聚合深霜期(深霜晶为主,DHpr,DH1a增多,胶结聚合晶粒增多)——衰退过渡期(圆化冰晶为主)——深霜衰退期(融冻态冰晶ME)。积雪深霜层整体平均粒径随时间持续增长,粒径变化速率呈先增加(雏形期-聚合期),后减小(-过渡期),再增大(-衰退期)的变化。深霜密度整体随时间增大,深霜层平均密度在深霜层形成之后保持基本稳定,维持在0.15-0.29 cm-3,融雪开始后迅速增大至0.3-0.4gcm-3。 (4)不同下垫面积雪深霜发育强度均为40%,雪深和深霜发育厚度均有水泥地>草地>冰面。冰面的深霜发育程度高于草地和水泥地。不同坡向导致太阳辐射的差异,从而造成雪深和深霜发育厚度均有阴坡>平地>阳坡,阴坡的深霜发育程度也最高。不同遮挡条件引起积雪累积量和太阳辐射的差异,深霜发育厚度和平均粒径均随郁闭度增大而递减。 (5)深霜层的绝对厚度主要取决于深霜前身雪层的厚度,而深霜层微结构的变化程度则是温度和温度梯度共同作用的结果。在天山地区冬季气温升高和降水量增大的未来气候趋势下,积雪前期的降雪量增加可能形成更厚的深霜层,深霜冰晶粒径生长速率对温度更敏感,而密度对温度梯度更敏感。