冰冻圈
冰雪圈（英语：cryosphere），这个名词的英文来自于希腊文中的κρύος(cryos)，指"寒冷"、"霜"或是"冰"；以及σφαῖρα(sphaira)，指"球体"[1]。冰雪圈是用来描述在地表上，水以固态形式出现的区域，包括了：海冰、湖冰、河冰、积雪、冰河、冰帽、冰盖和冻土。
冰雪圈的性质决定了它与水圈有很大的重叠。 冰冻圈是全球气候系统的组成部分，通过对地表能量、水分通量、云、降水、水文、大气和海洋循环的影响，产生重要的联系和回馈。 这些回馈过程使得冰冻圈对全球气候和全球变化中的气候模式反应起著重要作用。其中一个直观的例子是：深色的海洋表面通常只反射6%的太阳辐射，而冰可以反射50%~70%。[2]冰消学（deglaciation）描述冰雪圈特征的衰退。冰雪学（cryology）则是对冰雪圈的研究。此外，根据存在的时间尺度，地球上的冰雪圈可分为间断的、短期的、季节性的、多年的和若干世纪的五种类型。
组成
[编辑]地球上的冰雪圈主要由下列几种组成：
短期的、季节性的和多年的雪盖，它积累流散的冰，并使水汽凝结；在季节性冻结的土壤和山石的裂缝和空隙中包含着的冰；季节性和多年的淡水和咸水冰盖；季节性和多年的地表和地下水冰冻；极地半岛和大陆的山地冰川和雪盖；山石深层含有不同来源的冻结冰，多年、世纪或数千年期间都不融化；含有一固体状态存在的大气水分的移动性云系统。
分布
[编辑]地表上发现的固态水主要为积雪、湖泊和河流中的淡水冰、海冰、冰川、冰盖、冻土和永久冻土。 每个冰冻圈子系统中水的停留时间差异很大。积雪和淡水冰基本上是季节性的；除了北冰洋中心的海冰以外，绝大多数海冰只会持续几年。然而，冰川、冰盖或底土冰中的水分子可能会冻结10-10000年或甚至更长时间。南极洲东部部分地区的冰层年龄可能接近100万年。
世界上大部分的冰量都是在南极洲，尤其是东南极冰盖。不过要是从面积来看，北半球冬季积雪面积最大，在1月份平均占半球面积的23％。
冰雪学
[编辑]冰和雪的气候作用，与其独特的物理特性相关。若具备观察且模拟冰雪覆盖程度、厚度和物理性质（辐射与热）的能力，对气候研究具有特殊的意义。
冰和雪的几种基本物理性质调节地表和大气之间的能量交换。最重要的几个特性是表面反射率（反照率），传热能力（热扩散率）和改变状态的能力（潜热）。这些物理性质以及表面粗糙度、发射率和介电特性对于从太空中观察冰和雪很重要。例如，表面粗糙度通常是决定雷达背向散射强度的主要因素[3]。晶体结构、密度、长度和液态水含量等物理性质，则是影响热与水的转移，以及微波能量散射的重要因素。
入射太阳辐射的表面反射率对于表面能平衡（SEB）是重要的，这是太阳辐射反射与入射的比，通常称为反照率。气候学家主要关注电磁波谱短波（300－3500奈米）部分的反照率，与主要太阳能输入吻合。通常，除了森林区域，未融积雪覆盖表面的反照率很高（可达80-90％）。冰和雪的反照率，导致秋季和春季高纬度地区的表面反射率迅速变化，但这种变化的总体气候意义在空间和时间上会被云量所调节。（行星反照率主要由云量决定，以及冬季在高纬度地区接收到的太阳辐射量较少。）夏季和秋季是北冰洋高平均云量的时期，因此反照率回馈与大面积海冰分布的季节性变化大幅降低。格罗伊斯曼等人观察到，在春季（4月至5月），太阳辐射在积雪覆盖地区最大时，积雪对地球辐射平衡影响最大[4]。
冰雪圈组成的热性质也具有重要的气候结果。热扩散率表示温度波穿透物质的速度。冰和雪在热扩散方面的效率比空气低很多个数量级。积雪隔离地面，海冰隔离海洋，使地表-大气界面的热通量和水气通量去耦合。对于厚度30－40公分以下的薄冰，热通量仍然是可观的，但只要有薄冰存在，就能消除水面的水分流失。然而，即使在冰层上有少量的雪，也将显著地减少热通量，并降低冰的增长速度。雪的绝热效果也对水循环有很大的影响。在非永久冻土区域，雪的绝热效果使得只有接近表层的地面冻结，深水土壤排水不会间断[5]。
冰和雪在冬季可以避免地表能量大量损失，但因为冰的融化也需要大量能量（融化潜热，0℃时为3.34×105J / kg），它们也延迟了春季和夏季的回暖。然而，在广布冰或雪的地区，大气的静态稳定性很强，倾向于将即时冷却效果限制在较浅的层，使相关的大气异常通常是短暂的、本地局部尺度的[6] 。世界上一些地区，如欧亚大陆，已知厚重积雪和春季潮湿土壤相关的冷却可以调节夏季季风的循环[7]。古茨勒和普雷斯顿也在美国西南部提出了相似的雪-夏季循环回馈的证据[8]。
参见
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ σφαῖρα （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Henry George Liddell, Robert Scott, A Greek-English Lexicon, on Perseus
- ^ Thermodynamics: Albedo | National Snow and Ice Data Center. nsidc.org. [2021-12-06]. （原始内容存档于2020-06-12）.
- ^ Hall, D. K., 1996: Remote sensing applications to hydrology: imaging radar. Hydrological Sciences, 41, 609-624.
- ^ 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.
- ^ Lynch-Stieglitz, M., 1994: The development and validation of a simple snow model for the GISS GCM. J. Climate, 7, 1842-1855.
- ^ Cohen, J., and D. Rind, 1991: The effect of snow cover on the climate. J. Climate, 4, 689-706.
- ^ Vernekar, A. D., J. Zhou, and J. Shukla, 1995: The effect of Eurasian snow cover on the Indian monsoon. J. Climate, 8, 248-266.
- ^ 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.