約束優化方法
[拼音]:jixue
[外文]:snow cover
降雪形成的覆蓋在陸地和海冰表面的雪層。也稱雪被或雪蓋。氣象觀測規範規定,當地面 1/2以上的面積被雪覆蓋時,記為積雪。積雪按持續時間分為:長年存在的永久積雪和冬季形成夏季消失的季節積雪;能夠連續維持一個月以上的季節積雪稱穩定積雪;連續積雪日數不足一個月的積雪稱為不穩定積雪。
分佈
積雪分佈的特點有:
(1)分佈廣。地球表面每年被積雪覆蓋過的面積總計115×106~126×106平方公里,約佔地球表面積的23%;陸地約有50%,海洋約有10.5%的面積每年被積雪覆蓋。全球同時有積雪覆蓋的面積年平均為 61.5×106平方公里。12月份同時被積雪覆蓋的面積為 79.1×106平方公里。
(2)積雪分佈具有地帶性。從兩極到低緯度依次為:永久積雪地區,季節積雪地區和無積雪地區。垂直地帶分佈與此類似。地球上永久積雪地區約17×106平方公里,南半球約12.9×106平方公里,北半球約4.1×106平方公里。主要分佈在南極大陸、格陵蘭、北冰洋西部一些島嶼和中低緯度高山地區,如喜馬拉雅山、喀喇崑崙山、崑崙山、阿爾卑斯山等。季節積雪廣泛分佈在北半球的高中緯度大陸、南半球高山和海冰表面。季節積雪地區,以年積雪日數60天或兩個月作為二級區劃指標,劃分為穩定季節積雪區與不穩定季節積雪區,後者按積雪能否每年出現,又分為年週期性與非年週期性兩個亞區。中國有積雪現象出現的地區總面積達900萬平方公里,其中永久積雪區約5萬多平方公里,零星分佈在西部高山冰川作用區。穩定積雪區約420萬平方公里,主要由三塊地區組成(圖1),此外,秦嶺、賀蘭山、五臺山、峨嵋山和臺灣中央山脈等也有零星分佈;不穩定積雪區面積最大,南界到達北緯24°~25°;無積雪區包括福建、廣東、廣西、雲南四省南部和臺灣省大部分地區。中國不同地區的按年平均積雪日數的積雪分佈見圖2。
(3)不同地區的積雪深度分佈很不均勻。蘇聯大部分地區最大旬積雪深度大於80釐米。加拿大平原地區最大積雪深度多大於70釐米。中國大部分地區積雪深度較小,最大積雪深度僅20~30釐米,只有西部高山地區和東北北部和東部等地積雪較厚,前者最大積雪深度80~90釐米,後者最大積雪深度40~50釐米。
物理性質
積雪是由雪晶組成的散體,孔隙中含有空氣、水汽和液態水,它是一種物理性質很不穩定的沉積物。
光學性質
積雪的反射能力很強,新鮮幹潔的積雪幾乎反射全部入射光的可見光譜部分 (0.38~0.76μm),所以在新降雪地區行走的人需要佩戴墨鏡,以防患雪盲症。隨著雪的粒雪化,可見光譜區反射比(指從某一方向入射到表面的照度與反射到某一方向出射度之比)下降到0.6左右。在消融季節,反射比大幅度減小,為0.3~0.4。近紅外波譜段(0.9~1.5μm)反射比下降很快。積雪是半透明體,小部分太陽輻射能夠透射到雪層內部,透射輻射隨雪深按指數率迅速衰減,在雪下60釐米處,幾乎是漆黑一片。積雪吸收輻射能量很少,新雪僅能吸收太陽輻射能量的13~17%,老雪也只能吸收50%上下,而土壤和水卻能吸收輻射能的90%。與此相反,積雪在自身溫度條件下卻能最大限度地放出輻射能量。所以積雪的輻射差額總是負的,即積雪表面總是冷源。利用衛星遙感技術測量積雪資源必須依據積雪輻射性質。
導熱性質
積雪為良絕熱體,導熱性很差,其熱導率與密度的平方成正比。密度為 0.2克/釐米3的積雪的熱導率僅為土壤熱導率的 1/3~1/10。因此積雪對土壤起保溫作用。20釐米深處雪內溫度有時可比雪面高15~20°C。
聲學性質
聲波在密度為0.1~0.2克/釐米3的積雪中的傳播速度約為 150~300米/秒,略低於空氣中的聲速,它隨積雪密度的增大而減小。
電導率
積雪的直流電導率在0°C時約為10-6~10-8西/米,介於水和冰之間,並隨密度的減小和溫度的降低而減弱。積雪的交流電導率隨頻率而變。
密度
積雪密度的變化幅度很大,從0.05克/釐米3(新雪)到0.80克/釐米3(粒雪)以上。在風壓、自重、融水和粒雪化作用下,積雪越來越密。積雪密度是計算積雪水當量的重要引數。
強度
低密度雪的承載力很小,強度很低,壓縮性很大。新雪承載力小於5克/釐米2,細雪平均5克/釐米2。隨著密度增加,積雪強度不斷增大。
對自然環境和人類活動的影響
永久積雪的存在,大大增加極地反照率,使極地得到的太陽輻射照度按緯度餘弦迅速減小,加劇了太陽輻射能量在赤道地區的集中。海冰表面的積雪使海洋向大氣的熱量輸送減小。這些對全球大氣和海洋動力熱力過程產生著深刻的影響。青藏高原的積雪通過高原熱力作用,影響東亞大氣環流和中國長江流域的天氣氣候。積雪所形成的寒冷氣候和雪面逆溫,對區域氣候影響也很顯著。積雪是重要的淡水資源。陸地上每年從積雪獲得的淡水量大約6000立方公里。融水徑流(見冰雪融水徑流)是亞、歐、北美三大洲北部河流和某些山區河流的主要補給來源。蘇聯 3/4以上領土的河流融雪徑流補給超過年徑流量的50%以上。美國科羅拉多山脈,歐洲阿爾卑斯山,中亞和阿爾泰山等地區河流也主要靠融雪徑流補給。冬季雪儲量的多寡決定著流域年用水計劃和春汛規模。中國阿爾泰山和天山地區,青藏高原內陸河流域及北部外流河流域,融雪徑流補給也佔年徑流量的50%以上。黑龍江流域、大興安嶺和長白山地區雪水補給也佔重要地位。融雪徑流具有調節河川流量的良好作用,使水量不致過分集中於夏雨季節。積雪與農業生產有著密切關係,中國諺語說“瑞雪兆豐年”。世界上不少著名糧產區的灌溉主要靠積雪融水。積雪融水對克服春旱災害很有價值。冬季穩定積雪能防止凍害,為越冬作物創造有利的水熱條件,保護幼苗免遭大風襲擊、防止病蟲害。一升雪水含大約 7.5毫克氮化物,超過雨水含氮量的5倍,有利於增加土壤肥力。在溫帶和亞熱帶地區積雪有時也造成農作物凍害,森林草被的機械損傷,或使牲畜大量死亡;過厚的積雪、風吹雪和雪崩常阻礙甚至中斷交通。
參考書目
W.D.Kingery, ed.,Ice andSnow, MIT Press,Cambridge,1963.
黑巖大助著:《雪の科學》,共立出版株式會社,東京,1977。