天山“干寒型”积雪深霜的发育过程及其机理

深霜是积雪层内在升华-凝华作用下雪粒变质形成的晶体，干寒型积雪的深霜发育特别完善，深霜对积雪物理学和雪崩、风吹雪灾害的发生研究具有重要意义，但目前对干寒型积雪深霜的发育过程和发育机理并不清楚，对此类型深霜发育为何如此完善也不了解。本项目以天山积雪站为研究基地，着眼于雪-地、地-气界面上的深霜层，使用多区域对比，多因子综合分析方法，从粒径、晶型等微观的角度，联系深霜发育强度和深度，对深霜从发育到消减的完整过程进行观测研究，并对不同的属性下垫面和不同区域的深霜发育特征进行比较，分析积雪内部及外部环境等多影响因子的时间空间变化特性，显微观测深霜中出现过的雪粒晶体类型并进行分类，归纳每种雪粒晶体的出现规律，分析每种雪粒晶体的生长发育过程中的关键性影响因子，整合构建出多要素积雪深霜晶体生长发育过程模型。从而弄清楚干寒型积雪深霜的发育过程和机理，提升我国积雪物理学和积雪灾害学的研究水平。

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，深霜发育厚度、粒径和密度的响应。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 DHla，全层松散)——聚合深霜期(深霜晶为主，DHpr，DHla 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 MF)。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 0.15-0.2 g cm -3 ，融雪开始后迅速增大至 0.3-0.4 g cm -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。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形成更厚深霜层，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。