不同遮蔽及污化条件下雪层的吸、传热机理及其融雪过程模拟研究

snow cover and snowmelt are two important hydrological processes on the earth's surface. It is of great scientific and practical significance to study the hydrological processes of snow under the background of global climate change. At present, the understanding of snow accumulation and ablation physics under different shading and Contamination conditions is inadequate, less research on the penetration absorption, heat distribution, conduction mechanism and model construction of solar radiation. Based on this, the project intends to carry out the experimental observation, mechanism description and model simulation of material transfer, energy absorption and transmission of snow cover process under different shading and Contamination conditions, reveal the difference rule of snow-covered process under different shading and soil conditions, study the endothermic characteristics of solar radiation and revealing the heat transfer mechanism between snow layers in snowmaking process, and on this basis, Energy balance equation of the snow layer heat transfer model to simulate the snow layer snow melting process and the snow layer between the heat and heat distribution, not only from the micro level to further understand Ice and water hydrological process in the global changes, at the same time, it is of great scientific and practical significance for the water resources security, ecological environment protection, industrial and agricultural production and social and economic sustainable development in arid areas of northwest China.

积雪和融雪是地表两个重要的雪水文过程。开展全球气候变化背景下的以积雪和融雪为代表的雪水文过程研究，具有重要的科学和现实意义。目前，已有研究中针对不同遮蔽及污化条件下积雪积累和消融物理过程的理解尚不充分，对太阳辐射的穿透吸收、热量分布、传导机理及模型构建等方面研究较少。基于此，本项目拟开展不同遮蔽及污化条件下季节性积雪层融雪过程的吸热与传热机理及其模拟研究，揭示不同遮蔽及污化条件下积雪层融雪过程差异性规律，研究积雪层对太阳辐射的吸热特性，揭示融雪过程中雪层间的传热机理，并在此基础上构建积雪层热量传输模型与融雪过程模拟模型，模拟积雪层融雪过程及其雪层间的吸热传热与热量分布状况，不仅可从微观层面进一步深入理解全球变化环境下的以积、融雪为关键过程的冰雪水文过程，同时，对于我国西北内陆干旱区水资源安全、生态环境保护，工农业生产及社会经济可持续发展具有十分重要的科学和现实意义。

开展全球气候变化背景下的以积雪和融雪为代表的雪水文过程研究，具有重要的科学和现实意义。以乌鲁木齐河流域为野外综合观测试验研究区，开展了有无遮蔽（林冠下、开阔地）条件下积雪层积、融雪过程观测及分析研究，揭示积、融雪过程差异性规律，构建积雪层融雪径流模拟模型，对于寒旱区融雪型河流径流预测、洪水预报等具有理论意义和实践意义。研究结果发现：（1）有无遮蔽条件下（林冠下、开阔地）常规气象因子变化趋势基本一致。开阔地气温略高于林冠下气温，林冠下相对湿度较高于开阔地。（2）林冠下与开阔地最大积雪深度均出现在强降雪输入期间，最小积雪深度均出现在气温回升期间，林冠下积雪深度小于开阔地；雪层密度从新雪层向下逐渐增大，但增加速率逐渐减缓，至粗雪层（开阔地条件下）或中粒雪层（林冠下）达峰值，之后至深霜层密度逐渐减小；开阔地分层积雪液态含水率自上而下先增加后减少，呈单峰型，峰值出现在粗粒雪层，小于2.5%林冠下分层积雪液态含水率自上而下呈增长趋势，峰值出现在深霜层，二者新雪层液态含水率值大多为0。（3）融雪期雪层深度变化幅度大于积雪稳定期，积雪密度垂直廓线变化趋势基本一致，均表现为雪层中间密度较大，表层与底层密度较小特征，融雪期雪层密度高于积雪稳定期雪层密度；融雪期林冠下与开阔地雪层含水率垂直廓线变化趋势基本一致，均随积雪深度变化呈单峰型，即积雪剖面表层与底部含水率较小，中部较大。（4）同一深度开阔地土壤温度呈大幅度上升-下降-再上升的变化趋势，林冠下与开阔地同一深度土壤水热关系均呈现一定的正相关关系，且自地表随剖面深度增加呈减弱趋势。（5）建立了不同深度积雪层与土壤之间的水热连续方程，耦合具有冰雪消融模块的SPHY模型，构建适应于乌鲁木齐河流域的物理机制明确，突出季节性积雪融雪效应的分布式SPHY模型，模拟结果显示该改进模型在乌鲁木齐河流域适用性较好。