雪面雨(Rain-on-snow,ROS)特指降落在积雪表面的雨,是一种复杂的水文气象极端事件,对水文循环和生态系统影响显著,已成为寒区水文学研究的核心议题。
目前,雪面雨研究主要集中在雨水入渗动力学和积雪水文响应等方面,对雪面雨前后积雪性质本身的变化关注很少,而这可能正是揭示雪面雨致灾机理的关键。我站团队已通过野外试验认识了雪面雨对消融期积雪的影响规律,但不同积雪期由于不同的气温、积雪性质以及气候可能导致雪面雨对积雪的影响不同。因此,为揭示雪面雨对积累期积雪的影响规律,研究团队在祁连山八一冰川附近海拔4592 m的地方开展了积雪积累期雪面雨试验,并设置了无降雨试验作为对照,观测并分析了雪面雨试验雪块和对照雪块在雪面雨发生前、发生时以及发生后5天的积雪反照率、积雪含水率、积雪密度、雪深以及积雪表层和底部温度等参数的变化。得到以下主要结论:
(1)积雪表面变化。雪面雨(雨强30 mm/h,累计降雨量30 mm,雪深21.7 cm,试验当天日最高气温-5.0 ℃)发生后,在积雪表面会形成一层冰壳,且在未来几天内未融化,显著降低了反照率,改变了积雪的能量平衡;(2)积雪含水量。雪面雨导致积雪快速变质,形成了致密层,雨水难以入渗。因此,在积累期,雪面雨发生后雪层内液态水含量并未明显增加,这与消融期明显不同;(3)消融过程。冰壳的形成降低了积雪表面反照率,理论上讲,反照率降低、进入积雪内部能量增加,将加速积雪消融,但观测结果表明,积累期雪面雨反而减缓了积雪消融,这主要与冰壳的形成有关。(4)积雪表层和底部温度的变化。雪面雨的发生改变了积雪表层及内部的热量交换和能量平衡,且这种影响在几天内仍存在,表明雪面雨的发生会影响冻土的能量平衡,从而产生一系列的生态水文响应。研究结果为进一步认识雪面雨和揭示雪面雨事件的致灾机理提供了科学依据。
该成果以Field study for the impact of rain-on-snow events on snow cover during snow accumulation period为题发表在期刊iScience上。