冰雪圈

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冰雪圈英语:cryosphere),這個名詞來自於希臘文中的κρύος(cryos),指"寒冷"、"霜"或是"冰";以及σφαῖρα(sphaira),指"球體"[1]。冰雪圈是用來描述在地表上,固態形式出現的區域,包括了:海冰、湖冰、河冰、積冰河冰帽冰蓋凍土

因此,冰雪圈與水圈有很大的重疊。 冰凍圈是全球氣候系統的組成部分,通過對地表能量、水分通量、降水水文大氣海洋循環的影響,產生重要的聯繫和回饋。 這些回饋過程使得冰凍圈對全球氣候和全球变化中的氣候模式英语Climate_model反應起著重要作用。冰消學(deglaciation)描述冰雪圈特徵的衰退。冰雪學(cryology)則是對冰雪圈的研究。

冰雪圈組成的概述。分別包括海冰冰棚冰蓋冰河冰帽連續永久凍土帶、不連續永久凍土帶、孤立永久凍土帶。

分布[编辑]

地表上發現的固態水主要為積、湖泊和河流中的淡水海冰冰川冰蓋凍土永久凍土。 每個冰凍圈子系統中水的停留時間差異很大。積雪和淡水冰基本上是季節性的;除了北冰洋中心的海冰以外,絕大多數海冰只會持續幾年。然而,冰川、冰蓋或底土冰中的水分子可能會凍結10-10000年或甚至更長時間。南極洲東部部分地區的冰層年齡可能接近100萬年。

世界上大部分的冰量都是在南極洲,尤其是東南極冰蓋。不過要是從面積來看,北半球冬季積雪面積最大,在1月份平均佔半球面積的23%。

冰雪學[编辑]

冰和雪的氣候作用,與其獨特的物理特性相關。若具備觀察且模擬冰雪覆蓋程度、厚度和物理性質(輻射與熱)的能力,對氣候研究具有特殊的意義。

冰和雪的幾種基本物理性質調節地表和大氣之間的能量交換。最重要的幾個特性是表面反射率(反照率),傳熱能力熱擴散率)和改變狀態的能力(潛熱)。這些物理性質以及表面粗糙度、發射率介電特性對於從太空中觀察冰和雪很重要。例如,表面粗糙度通常是決定雷達背向散射英语Backscatter強度的主要因素[2]晶體結構、密度、長度和液態水含量等物理性質,則是影響熱與水的轉移,以及微波能量散射的重要因素。

入射太陽輻射的表面反射率對於表面能平衡(SEB)是重要的,這是太陽輻射反射與入射的比,通常稱為反照率氣候學家主要關注電磁波譜短波(300-3500奈米)部分的反照率,與主要太陽能輸入吻合。通常,除了森林區域,未融積雪覆蓋表面的反照率很高(可達80-90%)。冰和雪的反照率,導致秋季春季高緯度地區的表面反射率迅速變化,但這種變化的總體氣候意義在空間和時間上會被雲量所調節。(行星反照率主要由雲量決定,以及冬季在高緯度地區接收到的太陽輻射量較少。)夏季秋季北冰洋高平均雲量的時期,因此反照率回饋與大面積海冰分布的季節性變化大幅降低。格羅伊斯曼等人觀察到,在春季(4月至5月),太陽輻射在積雪覆蓋地區最大時,積雪對地球輻射平衡影響最大[3]

冰雪圈組成的熱性質也具有重要的氣候結果。熱擴散率表示溫度波穿透物質的速度。冰和雪在熱擴散方面的效率比空氣低很多個數量級。積雪隔離地面,海冰隔離海洋,使地表-大氣界面的熱通量和水氣通量去耦合。對於厚度30-40公分以下的薄冰,熱通量仍然是可觀的,但只要有薄冰存在,就能消除水面的水分流失。然而,即使在冰層上有少量的雪,也將顯著地減少熱通量,並降低冰的增長速度。雪的絕熱效果也有水循環有很大影響。在非永久凍土區域,雪的絕熱效果使得只有接近表層的地面凍結,深水土壤排水不會間斷[4]

冰和雪在冬季可以避免地表能量大量損失,但因為冰的融化也需要大量能量(融化潛熱,0℃時為3.34×105J / kg),它們也延遲了春季夏季的回暖。然而,在廣布冰或雪的地區,大氣的靜態穩定性很強,傾向於將即時冷卻效果限制在較淺的層,使相關的大氣異常通常是短暫的、本地局部尺度的[5] 。世界上一些地區,如歐亞大陸,已知厚重積雪和春季潮濕土壤相關的冷卻可以調節夏季季風的循環[6]。古茨勒和普雷斯頓也在美國西南部提出了相似的雪-夏季循環回饋的證據[7]

參見[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ σφαῖρα, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus
  2. ^ Hall, D. K., 1996: Remote sensing applications to hydrology: imaging radar. Hydrological Sciences, 41, 609-624.
  3. ^ Groisman, P. Ya, T. R. Karl, and R. W. Knight, 1994a: Observed impact of snow cover on the heat balance and the rise of continental spring temperatures. Science, 363, 198-200.
  4. ^ Lynch-Stieglitz, M., 1994: The development and validation of a simple snow model for the GISS GCM. J. Climate, 7, 1842-1855.
  5. ^ Cohen, J., and D. Rind, 1991: The effect of snow cover on the climate. J. Climate, 4, 689-706.
  6. ^ Vernekar, A. D., J. Zhou, and J. Shukla, 1995: The effect of Eurasian snow cover on the Indian monsoon. J. Climate, 8, 248-266.
  7. ^ Gutzler, D. S., and J. W. Preston, 1997: Evidence for a relationship between spring snow cover in North America and summer rainfall in New Mexico. Geophys. Res. Lett., 24, 2207-2210.