实验探究热力融雪道路结构对融雪速率的影响

道路热力融冰雪技术是众多道路融冰除雪技术之一,其混凝土路面内部热力管道的结构对路面融雪速率有着重要的影响,文章通过控制变量法设计实验研究了管道间距、埋管深度、流体温度对路面融雪速率影响。得出埋管深度越小、管间距越小越对路面融雪速率影响大,流体温度对路面融雪速率影响还需进一步进行试验。为道路热力融雪结构设计及优化提供实验依据。

气温变化条件下融雪速率和土壤水分变化的同步观测试验

气候变化可以改变积雪持续的时间、雪盖储水量及积雪开始融化的时间,从而影响土壤水分时空分配。利用TFACE(temperature free-air controlled enhancement)的增温装置,在中国科学院天山积雪与雪崩研究站的融雪季节进行为期一个月的室外增温试验。试验包括3种处理:自然状态、增温Ⅰ和增温Ⅱ。结果表明:气温的升高和增温区内局部空气热对流加入的黑色粉尘物质加速了积雪的消融;在增温Ⅰ和增温Ⅱ条件下,积雪将提前19 d和25 d消融,相应的各土层土壤水分也出现不同程度的增加。与此同时,土壤水分最大值也提前13 d和22 d。土壤水分极值的提前预示着以融雪水为重要来源、以超渗产流模式为主的河流洪峰的提前,或者超渗产流模式向蓄满产流模式的转变。这将给区域内水资源的时空分布和管理分配带来影响。

中国西部天山季节性积雪的能量平衡研究和融雪速率模拟

1987年春季融雪期间,我们在中国科学院天山积雪与雪崩研究站区建立了一个微气象观测点,首次采用能量平衡法摸拟计算中国天山西部山地季节性积雪的融雪速率。研究结果表明:在19天的融雪期里,净辐射和感热交换分别占雪面能量输入的76.9％和23.1％;用于融雪和雪面蒸发所消耗的能量分别占吸收能量的97.1％和2.9％。

道路热力融雪速率的试验测定及融雪过程动态特性

在寒冷冬季,西北高寒地区存在着降雪多且大、道路长期积冰(雪)等严重影响交通运输和经济发展的不利因素,如何高效、快速、环保地解决道路积冰(雪)的融化问题成为道路工程的研究热点。本文在自行搭建的道路热力融雪试验平台上,获得了道路热力融雪速率与表层温度的实验关联式,并建立热管-路基-积雪的道路实时融雪耦合仿真模型,通过对复杂结构形式及环境条件下,道路融雪系统的路面耦合传热规律的瞬态数值分析,获得了埋管深度、管道间距、加热温度、环境条件等对融雪总时间的影响规律,上述结论为高寒地区道路热力融雪的结构设计及热力优化提供了可靠的理论依据。

中国天山西部山区森林积雪消融过程观测分析——以巩乃斯河谷为例

通过对2013年春季中国科学院天山积雪与雪崩研究站区内阳坡无林地和阴坡不同开阔度森林内积雪深度、融雪速率以及常规气象的观测,分析了融雪期不同开阔度森林积雪的消融过程以及积雪表面能量平衡特征。结果表明：不同开阔度林冠下积雪深度具有相同的变化趋势,森林的林冠开阔度越大,林下积雪深度越大,林下积雪开始消融和完全消融的时间越晚,消融期也越长。森林积雪融雪开始和结束时间比阳坡无林地区晚20-30 d左右。融雪前期林冠开阔度越大,其林下融雪速率越小。融雪后期则森林开阔度越大,森林积雪的融雪速率越大。不同时期由于不同开阔度林冠下雪面能量收支以及雪层深度等物理特性的差异,从而使不同开阔度林冠下森林积雪融雪速率的相对大小,融雪速率最大值出现时间和日变化特征均不相同。晴天森林积雪的消融速率和日变化特征取决于净短波辐射和长波辐射变化特征。降水期间,其融雪速率的变化则主要受降水形式、降水量以及积雪深度等雪层特性的影响。

地热能道路融雪化冰过程实验研究

建立了一套小型地热能道路融雪实验系统,进行了不同工况下的融化实验。结果表明,路面融化面积比曲线可以分为3个阶段:静止期、启动期和加速期。临界融化面积比与冰雪物理特性有关。当流体加热温度和环境条件相同时,平均融化速率大小顺序为:碎冰>实冰>人工雪>自然雪。当冰雪面积和厚度相同时,融化时间快慢顺序为:自然雪>人工雪>碎冰>实冰。与提高流体加热温度相比,合理设置待融时间可以更有效地缩短融化时间。采用35～40℃的地热尾水来实现道路融雪化冰是完全可行的,且有利于能量梯级利用。

沙尘对天山积雪消融的影响

积雪是西北干旱区重要的水资源,春季融雪时期,沙尘天气频繁,沙尘沉降会减少积雪表面反射率,增加雪层的太阳辐射吸收,加速积雪的融化,影响干旱区年内的水资源分布。通过融雪期在天山积雪雪崩研究站开展模拟沙尘沉降试验,观测积雪物理特性参数变化,分析沙尘对积雪消融的影响。本研究设置2 g·m^-2、4 g·m^-2、8 g·m^-2、自然雪4个处理,3组重复,从3月4日开始,3月11日结束。结果表明：沙尘沉降对积雪消融具有明显影响。在2 g·m^-2、4 g·m^-2、8 g·m^-2沙尘沉降量下,随着融雪的进行,沙尘沉降量逐渐增大,致使积雪表面粒径增大,积雪反射率降低,雪表层温度差变大,2 g·m^-2、4 g·m^-2、8 g·m^-2导致积雪消融速率比自然状态下的快22.36%、46.05%和76.90%。通过野外试验获得了主要积雪物理参数对沙尘沉降的响应,量化了沙尘沉降对积雪消融的影响,其结果可为西北干旱区水资源管理提供参考。

西天山小流域动态融雪过程及其与气温的关系

利用西天山阿热都拜小流域积雪、融雪和气象观测场2017-2018年每30 min的同步降雪、融雪和气温观测数据,对全年积雪期较短时间尺度上的融雪动态过程及其与气温的关系进行了对比分析。结果表明:山区降雪表现为"先升后降"的总体特征。稳定积雪期集中在2017年12月27日至2018年3月8日,最大降雪速率高达9. 6mm·h^-1(雪水当量值,转化成新鲜雪深值为96. 5 mm·h^-1)。山区融雪过程的变化规律与降雪变化正好相反,呈现出"先降后升"的变化特征。融雪变化分为3个阶段,第一阶段:随着气温的下降,融雪速率下降,融雪速率由3. 24 mm·h^-1逐渐下降至0 mm·h^-1;第二阶段:当气温低于融雪的临界温度(-13. 5-12. 0℃)时,不产生融雪;第三阶段:随着气温的回升,融雪速率从0 mm·h^-1逐渐上升至3. 87 mm·h^-1。在全年融雪与气温的大数据关系中,融雪量与气温的相关性系数不是很显著,其相关性系数为0. 708;在无降水干扰下,7 d平均同步融雪量与气温的相关性系数处于显著水平,Pearson相关性系数为0. 907,R^2=0. 823;当进一步考虑滞后效应后,融雪量与气温的相关性系数提升至极显著的线性关系,相关性系数高达0. 943,R^2=0. 889,均通过了0. 01显著性水平的双尾检验。在西天山阿热都拜小流域融雪量的变化过程与气温的变化过程有着密切的相关性。这种融雪量对气温变化的响应关系及其分析方法,对于提高应对未来气候变化的能力和预防洪灾及水资源管理具有一定的参考价值。