雪冰表面
的表面能量平衡融化的雪尽管仍有一些未解决的问题，但人们对冰进行了广泛的研究。第一个挑战是确定雪或冰的表面是二维的还是三维的;也就是说，它是一个曲面还是一个体积?在某些方面两者都有。在大气和地表之间有一个双向的能量交换，通过几个不同的能量转移过程，这决定了在给定的时间间隔内向雪或冰提供或损失的净能量。同时，一些能量在表面流动，如透射和反射短波(太阳)辐射包括积雪或冰的上部几厘米或分米。产生感热通量(稍后定义)的湍流涡流也将能量和水分输送到地下。冰雪内部的额外能量通量与热传导、融水或雨水的渗透和潜流有关热释放来自融水的再冻结。
在以下方面分别讨论雪和冰热力学是有用的:(i)表面能量平衡，描述与大气的交换，(ii)内部能量平衡(即，在积雪或有限厚度的冰内的能量守恒)。我将在下一节中回到这个内部能量平衡。
雪/冰表面的能量收支由大气和表面之间的能量通量决定。能量通量表示为每单位时间每单位面积的能量，计算单位为瓦特每平方米。当通量表示流向表面的能量流时，我们将通量定义为正。流向雪或冰的净能量通量Qn由能量平衡决定
Qn = Qs* - Qs- + QL - QL - + Qg + Qh + Qe + Qp - Qr， (3.1)
QS*在哪里入射短波辐射而QS- = asQS*为反射短波辐射，为反照率为。QL*和QL-是传入和传出长波红外()辐射，QG为与雪/冰中辐射传递和热传导相关的地下能量通量，QH和QE为感潜热通量，Qp和Qr代表降水和径流平流的感热。这些能量平衡项如图3.1所示。
按照惯例雪水文在冰川学中，(3.1)中的潜热通量QE是为过程保留的
图3.1。冰雪表面能量平衡过程示意图。
图3.1。冰雪表面能量平衡过程示意图。
升华和沉积的;熔体能量在QN中是单独预算的，即使这也是一个涉及潜在的能量．
(3.1)右侧的通量被测量或建模，QN表示表面能量的盈余或亏损。对于QN > 0的融化(0°C)的雪或冰表面，该能量用于产生表面熔体，熔体速率为m(单位为ms1)。当Qn < 0时，通常会导致雪或冰的冷却，但情况并非总是如此:如果雪的表面或孔隙空间中有自由水，当温度保持在0°C时，Qn < 0会导致再冻结。如果表面温度低于熔点，净能量驱动加热或冷却。这些案例可以总结如下:
Ts = 0°C and QN $ 0， (3.2a)
Ts = 0°C, QN < 0，有水，(3.2b)
Ts = 0°C或(Ts = 0°C, QN $ 0，无水)。(3.2 c)
这里，ps是雪或冰的密度，pw和Lf是密度和聚变潜热对于水，d是积雪的厚度，c是比热容。式(3.2a)给出了以雪或冰厚度变化率表示的融化速率(而不是水当量)。在case (32 b)出现能量亏缺时，m为负，对应再冻结。在这种情况下，地表水在下面的雪或冰冷却之前重新冻结，随后(3.2c)。第三个方程表示积雪或冰层的内能变化，假设有体积热容(rsc)。实际上，密度和热容都随深度而变化，(3.2c)的解需要考虑在不同深度求解的雪或冰的全厚度上的能量平衡。
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