[科普中国]-冰雪学

研究固体水的特性、结构、分布及其他性质的科学，称为冰雪学。冰雪学又称冰雪水文学。

现已演变成研究冰雪覆盖区冰雪的积累和消融机制及其与周围环境水的相互关系的科学，是一门新兴的边缘学科。

主要内容包括冰雪的物理性质、积累和消融的过程、冰雪径流形成的机制、计算和预报以及冰雪水资源的开发利用等。对提高水文学理论和解决干旱区水源、防止冰雪灾害等方面有很大意义。

简介雪的累积和融化在温暖和寒冷地带的水文循环中起到了十分重要的作用，即使在热带山区也是如此。高程每升高100m气温则会降低0.6～1.0℃，如果海平面的气温为20℃，那么在海拔高度2000～3000m处，气温则低于0℃，则会以雪的形式降水。

雪的累积和融化对径流变化特征有很大的影响作用，通常会导致径流发生季节性的显著变化。下图所示就是挪威Gaula河流域的一个典型实例。在那儿冬季（9月到次年3月）的降水以雪的形式储存起来，而在春季（4～6月期间）则以融雪径流形式释放出来。

雪对于水电水文的重要性主要可以归纳为以下几点。

①对水库最佳蓄水库容的影响。

②对水库运行的春汛洪水的预报。

③融雪对洪水设计的贡献。

水库的设计应考虑在春季洪水期间蓄水，而在冬季枯水季节放水。通常在有融雪流入的河流的水库比在无季节性融雪的河流的水库需要更大库容。因此，为了确定出最佳的水库库容，河流的径流实测资料是十分重要的。应用水电模拟模型确定最佳的水库库容规模也是十分重要的方法。

水库运行的主要问题是要保证在洪水来临之前必须将水库的水位降低到最合适的高程。如果水位降得太低，第二年的冬季则可能蓄不满；如果水位降低得不够充分，则会发生水量和发电量的损失问题。因此季节性的入流预测对于合理地确定水库的水位降是至关重要的。这样的预测首先要依赖于对冬季末积雪区域雪容量的测量。

雪融化对于洪水的状况有显著的影响，因此，在设计洪水计算中必须加以考虑。融雪形成的洪水变化不剧烈但要比雨水形成的洪水具有更多的水量，这对于防洪水库的洪水设计而言尤其重要。

早在1950～1955年，美国陆军工程兵团就对融雪的水文过程进行了广泛的研究。其主要的研究成果发表在“冰雪学”研究报告中。这个研究报告仍然是这方面的很好的参考资料。1

发展简史人类运用冰雪学解决生产实际问题的历史悠久。中国西部高山区的山麓地带的农业主要靠冰雪融水灌溉。

18世纪初，中国的《西域水道记》记述了新疆木札尔特冰川融水。

1836年J.B.杰维斯根据流域积雪面积进行融雪产水量预报。20世纪40年代，融雪计算得到了发展。

1940年J.C.奥尔特估测了季节性积雪产水预报的发展趋势并指出，在预报季节融水径流中统计学上的数学多重相关分析法将被广泛应用。

1942年B.S.巴恩斯首先提出用数学计算方程预报融雪径流。

1956年美国陆军工程兵团出版了《雪水文学》，详细地论述了雪水文学中的洪水设计问题，对影响融雪径流的热源作了深入讨论。

1960年，美国陆军工程兵团在《融雪径流》一书中，以对流、辐射和传导等热输送理论为基础计算了融雪量，推导了降雨期间和碧空天气下流域融雪的物理方程。此后，对冰雪融水通过冰川的流动和冰雪融水的水压开展研究。

1972年，J.威尔特曼研究冰川底部水流，发现冰下水压是离冰下水道中心线的距离而变化的现象。J.F.奈、F.C.弗兰克等深入研究了温性冰晶粒间融水的渗透性。

1976年奈推导了充满水的水道中非稳定水流的四个微分方程式即融化速率与冰流动之间差异方程、水流动的连续方程、水的流动方程和能量方程。

70～80年代随着新技术在冰雪学中的广泛应用，冰雪学研究进展迅速，取得了新的成就，出现了冰雪学的专门论著，使冰雪学知识体系日益完整。

学科内容冰雪学的内容可归纳为：

①融雪径流计算和预报，包括季节性积雪的产水量计算，融雪径流对河流径流的调节作用，融雪径流影响因素和融雪径流预报分析技术的研究。

②冰川表面、冰内和冰床处的水流的研究，包括冰面消融与径流的关系，冰面的产流、汇流过程研究；根据冰川补给河流的流量记录，通过盐、染料或其他示踪物试验及理论分析，对冰川内部、冰床处排水系统和冰床处水的流动方式（R水道、N水道和层流）的研究；冰内、冰下水压的直接测定或理论计算；冰内冰下空穴现象和温性冰川晶粒间水的渗透性的研究。

③冰雪融水径流的水文分析和计算，包括冰雪融水的形成、冰雪融水水文特征值的分布规律和流域水量平衡研究；冰雪融水补给河流的侵蚀作用、沉积物搬运和堆积作用的研究。

④与冰雪学有关的专门的水文学问题，包括根据冰川变化研究过去气候，冰川径流的自然调节和人工调节，冰川阻塞湖溃决及其洪水形成机制，融雪洪水的形成理论与计算方法。

⑤与冰雪学研究直接有关的冰川、冰、雪的基础理论研究，包括冰川、积雪的全球性空间分布规律及其在不同时间上的变化，冰雪的物理特性（温度、运动、变化）和力学特性， 冰川物质平衡（积累与消融）机制，冰雪体内相态变换，积累、消融的观测与计算方法，冰雪消融的人工调节等。

分类冰雪学分为冰川水文学和雪水文学。

冰川水文学冰川水文学主要研究冰川的分布、形成和运动、冰川融水径流的形成过程及其时空分布、冰川突发性洪水的形成机制和预测、冰川水资源的利用。

雪水文学雪水文学主要研究积雪的数量和分布、融雪过程、融雪水对河流和湖泊的补给、融雪洪水的形成和预报。

研究途径和手段冰雪学的研究途径主要有如下几方面：

数学物理途径根据冰雪融水径流及其影响因素之间的物理联系，建立它们之间的定量关系，如用水量平衡法求各平衡要素之间的定量关系。

统计途径基于冰、雪水文现象具有随机性质，根据大量的实测资料，应用数理统计和概率论，研究冰雪融水各个水文要素的统计规律。

地理综合途径根据冰雪水文现象具有地区性和地带性的特性，分析各测站水文要素的地理分布规律，建立各种地区性经验公式，绘制各种特征值等值线图。
此外，冰雪学还应用模拟技术预报融雪径流；应用遥感技术，量测积雪面积，确定积雪深度，监测冰川、冰川阻塞湖形成和预测变化动态等；应用同位素技术研究古气候变化，测定冰雪水样的绝对年龄和冰川积累量；应用雷达测量技术研究冰川内、冰床处液态水的分布和流动，探测 大陆冰盖下巨大的液态水体---冰下湖泊等。

本词条内容贡献者为:

刘勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院