[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

说明书

本发明涉及一种雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融的计算方法，包括：建立雪盖和冰盖的热传导基本方程；冰盖下水温的时空变化计算；雪盖与大气的热交换数学模型；雪面温度、净热通量及冰盖温度的垂向分布；雪面温度Tsubgt;s/subgt;0℃时冰厚的数值模拟；雪盖和冰盖的热力消融。本发明首先建立雪盖和冰盖的热传导基本方程，再进行雪盖与大气热交换的计算，以及对雪面温度及冰盖温度的垂向分布，进行冰盖热力增厚和消融的临界条件及数值模拟，提高了雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融的计算精度，为河流的冰凌防汛提供了科学的计算依据。

技术领域

本发明涉及一种雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融的计算方法，是一种对冰盖的多个参数计算方法。

背景技术

确定河道冰厚随时间的变化是冰工程的重要环节。在预估一条河流的开河日期、槽蓄量及形成冰坝洪水的风险时，冰厚的变化是主要的决定性因素。另一方面，当计算冰体作用于水利工程上的作用力时，冰厚和冰温不仅决定着冰盖的承载能力，而且决定了对边坡的挤压力和推拉力。现有冰盖热力增厚和消融及河冰过程模型中所考虑的气象因素只是气温。随着冰情原型观测技术的进步和观测资料的积累，为了提高冰情预报的正确性，急需要解决的一个问题是建立各观测物理参数之间的函数关系，特别是大气热力学参数之间。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融的计算方法。所述的方法通过建立热传导基本方程以及雪盖与大气热交换的计算，进行雪面温度及冰盖温度的垂向分布和冰盖热力增厚和消融的临界条件及数值模拟，为河流的防凌汛灾害提供了科学的计算依据。

本发明的目的是这样实现的：一种雪覆盖下冰盖的热力增厚和消融的计算方法，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，

b＝-Bh_wi-χh_wbe，

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：