[发明专利]一种雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融的计算方法

权利要求书

1.一种雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融的计算方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：

步骤1，建立雪盖和冰盖的热传导基本方程：

I.雪盖的热传导方程：

当假设雪盖是均质平板，即热传导只在垂直的z方向进行，则雪盖的一维热传导方程是：

式中：ρ_s为雪的密度；C_pi为冰的比热；T为雪盖z处的温度；t为时间；k_s为雪的导热系数；z为离开雪盖表面的距离；I_vis为雪盖z处的太阳辐射可见光的单位体积内热；h_s为雪盖的厚度；

II.冰盖的热传导方程：

当假设冰盖是均质平板且热传导只在垂直方向进行，则冰盖的一维准稳态热传导方程是：

式中：k_i为冰的导热系数；T为冰盖y处的温度；y为离开冰盖表面的距离；h_i为冰厚；I_vis为冰盖y处太阳辐射可见光的单位体积内热；

步骤2，冰盖下水温的时空变化计算：河段分为m段，

式中：下标“i”为河断编号，i＝1,2,...,m；T_wp,i为河段i出口时刻t_i的水温；T_wc,i为河段i出口时刻t_i的平衡水温；B为水表面宽度；为太阳辐射透射进入冰下水体的净；h_wi为水和冰盖的热交换系数；T_m为冰盖底面温度；χ为渠道湿周；h_wbe为水体与渠床的等效热交换系数；T_be为渠床下垫层等效地温；

步骤3，雪盖与大气的热交换数学模型：

雪盖与大气的热交换由六个部分组成：①太阳净辐射，②雪面长波辐射，③大气长波逆辐射，④雪面蒸发，⑤对流，⑥降雪，数学模型是：

式中：为大气传导给雪盖表面的净热通量；为雪面太阳辐射净热通量；为大气长波逆辐射热通量；为雪面长波辐射热通量；为雪面蒸发热通量；为雪面空气对流的热通量；为降雪产生的热通量；

步骤4，雪面温度、净热通量及冰盖温度的垂向分布：

雪面温度T_s的计算：

式中：T_u为太阳辐射可见光穿过雪盖和冰盖；h_sa为雪面与大气的热交换系数；的下标“0”表示t₀时的大气传导给雪盖表面的净热通量T_a气温；h_i为冰厚；h_s为雪盖的厚度；k_s为雪的导热系数；

雪盖热力消融的临界气温：

式中：T_acri为雪盖热力消融的临界气温；太阳辐射热通量；

a_sa＝70.7+(6.04+2.95V_z)(1-R_h)c₁70.7，b_sa＝0.4+(6.04+2.95V_z)(1-R_h)c₂0

系数：

式中：V_z为风速；R_h相对湿度；

步骤5，雪面温度T_s0℃时冰厚的数值模拟：

冰厚随时间变化的常微分方程：

式中：的下标“0”表示t₀时的大气传导给雪盖表面的净热通量T_w为过水断面平均水温；ρ_i为冰的密度；L_i为冰的潜热；

冰盖热力增厚方程：

式中：h_i0的下标“0”表示t₀时的冰厚h_i；

α＝2k_i△t/(ρ_iL_i)，S＝(T_m-T_a)，

式中：T_w0的下标“0”表示t₀时的过水断面平均水温T_w；I_vis0的下标“0”表示t₀时的冰盖y处太阳辐射可见光的单位体积内热I_vis；k_vi为冰盖的消光系数或衰减系数；△t为时间步长；

步骤6，雪盖和冰盖的热力消融：

式中：ρ_i为冰的密度；L_i为冰的潜热。