正文
湖水凍結 湖水溫度降至 0°C時,由於水體結冰釋放凍結潛熱,使水體增溫,阻止凍結。故湖水凍結須在水溫低於 0°C的過冷卻條件下進行。過冷卻的程度決定於湖水中結晶核的性質。湖水含有鹽分,冰點溫度較淡水的低,當含鹽量為 50~200毫克/升時,冰點溫度為-0.003~-0.012°C。冰點隨靜水壓力增大而降低,水深增加10米,冰點溫度平均降低0.0075°C。當湖水表面溫度冷卻至 4°C以下時,表層湖水密度增大而下沉,引起上下循環,直至上下層水溫均為 4°C時,循環停止。如繼續冷卻,表層湖水密度減少,不再下沉,直至水面溫度達到-0.01~-0.02°C,出現過冷卻狀態,呈現冰晶體。小型湖泊,在無風雪和冷卻較快的情況下,冰晶體開始呈直徑為幾毫米的冰餅。冰餅擴大時,圓周曲率減小,冰餅邊緣結冰熱不能有效地釋放,冰餅面上出現許多不規則體,轉而增大,成為樹枝晶。在與水面平行的方向,結晶體迅速增長,湖面形成薄冰層稱片狀冰。
在較大的湖泊,經過冰晶體、冰餅以至薄冰層過程之後,由於風吹浪打,薄冰層破裂,破碎冰片相互磨蝕,最後融合成表面粗糙的冰層,稱集塊冰;如湖面有積雪,許多不規則的雪團凍結在一起,形成不透明的集塊冰層。
湖泊封凍 薄冰層或薄集塊冰形成後,由於風力與溫度變化,經過多次消融與凍結,形成穩定的封凍冰。從初冰出現到全湖封凍一般約10~20天。湖泊出現初凍的平均日期受湖泊所在地的緯度、高程和離海洋的距離等影響。緯度高、地勢高、距海遠,初冰出現日期早;反之則遲。湖泊封凍後,冰層增厚有兩種方式:①冰層下湖水熱量通過冰層逸散至大氣,水溫降低,使冰層向下增厚;②當封冰上有積雪時,雪的重量使冰層破裂,湖水上溢,與雪混合,凍結成雪冰,冰層加厚。
湖冰厚度與湖泊的自然地理條件有關。緯度較低的平原湖泊的冰層較薄,中國洪澤湖冰厚為10~20厘米,高緯高山湖泊冰層較厚,中國呼倫池冰厚為 150厘米,青海湖冰厚84厘米。南極普利湖冰厚達640厘米。
湖泊解凍 當氣溫升至零度左右,冰層上下同時融化。表面冰融化更快。融化沿結晶體邊緣進行,使片狀冰變為許多鬆散結合柱狀結構的鬆散結晶集合體,結果變成燭狀冰。如冰面有積雪,積雪首先融化,在冰雪交界面出現薄薄水層,隨著積雪厚度減小,熱量逐漸到達冰層上表面,並透過冰層,促使冰層上下表面同時融化。
解凍過程中,岸邊土壤增溫快,湖冰多自岸邊先融,形成岸緣水帶。在風浪襲擊下,冰融加速。封凍冰消融的主要熱源有太陽輻射、空氣增溫和降雨帶來熱量。小湖冰層融化,主要由於熱力作用,大湖中因伴有動力作用,可在湖岸形成很高的冰堆。一般自出現解凍至全湖融完,約需5天至1個月。
湖泊解凍受緯度、高程和距海遠近等因素影響。緯度高、距海遠,則湖泊解凍日期晚;反之,則解凍日期早。中國湖泊平均解凍日期:呼倫池為 4月中旬;洪澤湖為1月下旬;扎陵湖為5月中旬;微山湖為1月中旬。加拿大湖泊解凍初現日期,北極群島為 7月中旬,大湖區為 3月上旬。美國在落基山脈東北方明尼蘇達州和緬因州湖泊解凍日期為4月下旬,南部(北緯40°)為 3月上旬,蘇聯湖泊平均解凍期為從北冰洋群島的 6月下旬至北緯42°的2月中旬。
湖泊冰情預報內容包括封凍日期、冰厚、冰上運輸承載能力、解凍日期等。預報方法有熱力因素指標法和熱量平衡計算法。
參考書目
J.H.Zumberge,J.C. Ayers,Hydrology of Lakes and Swamps,Handboo噚 of Applied Hydrology,sec. 23,McGraw-Hill,New York,1964.