积雪期雨雪事件对积雪物理特性的影响及其冰冻圈水文学意义

本刊推荐：为揭示雨雪事件（ROS）的致灾机制，研究人员在积雪期开展野外实验，探究ROS对积雪反照率、冰层形成、热量传输及积雪深度的影响。结果表明，ROS事件加速积雪反照率衰减（增幅55.6%），促进表层冰壳形成并改变雪层变质过程，同时降低积雪深度消减速率。该研究为理解寒区水文过程及ROS灾害防控提供了科学依据。

　　

在全球高纬度与高海拔地区，雨雪事件（Rain-on-Snow, ROS）作为一种特殊的气象现象，主要发生于晚秋和初春时节，偶尔也会在冬季出现。这类事件不仅会引发雪崩灾害，更可能触发极具破坏性的ROS洪水，但其成灾机制至今仍存在争议。有学者认为ROS洪水的形成主要源于积雪内部优先流与降雨输入的共同作用，而非雨水导致的积雪融化；也有研究指出，降雨会先挤压出积雪中的非雨水成分，随后才贡献径流；还有观点强调ROS事件加速积雪消融才是洪水形成的关键。为揭示ROS洪水的触发机制，研究人员已在消融期开展过相关实验，但ROS事件在积雪期（晚秋和冬季）的影响却长期被忽视，而其对此阶段积雪特性的作用模式更是未知领域。

为此，杨志伟等人于2025年在《iScience》发表了题为《Field study for the impact of rain-on-snow events on snow cover during snow accumulation period》的论文，通过在祁连山八一冰川附近海拔4592米的实验站开展积雪期ROS野外实验，系统分析了ROS事件对积雪反照率、雪水含量、密度、深度及温度等多参数的影响，并设置无降雨对照实验以提升结果可靠性。

研究团队主要依托便携式全自动模拟降雨装置，在1m×1m的雪坑中进行强度30mm/h、累计雨量30mm的ROS实验，同步采用总辐射计、雪叉（Snow fork）、温度记录仪等设备监测雪面反照率、液态水含量、密度及雪层温度变化。实验过程中还使用ZL6微型气象系统记录气温、湿度、太阳辐射与风速等数据。

实验结果分析

积雪反照率的变化

数据显示，ROS事件显著加速了积雪期反照率的衰减速率。事件发生当日，实验雪坑反照率衰减速率是对照组的8.86倍；事件后5日内，实验组反照率总体低于对照组，表明ROS事件导致更多能量吸收，但效应弱于消融期。

雪面结构改变

ROS事件后，实验雪坑表面形成约5cm厚的冰层，且持续数日不融化，而对照组雪面结构无明显变化。这一现象在积雪期因低温条件极易出现，而在消融期实验中并未观察到。

雪水含量与密度响应

自然状态下，积雪期雪面液态水含量显著低于消融期。ROS事件虽迅速增加雪面液态水含量，但其未能快速下渗至雪层内部，主要滞留于表层0-5cm区间。这源于长期变质作用形成的致密层阻碍了水分快速渗透，同时积雪孔隙介质的持水能力在低含水状态下增强。雪密度监测表明，实验组与对照组在事件后3日内差异不大，但自第4日起，实验组最活跃变质层向下扩展了5cm，与冰层厚度一致。

积雪深度变化

值得注意的是，ROS事件反而降低了积雪深度的减少速率。事件当日实验组雪深减少速率是对照组的8.86倍，但后续4日均低于对照组。究其原因，积雪期雪深减少主要源于密化作用与升华，而非融化（气温低于-5°C）。事件当日减少由降雨冲击引起，而后期冰层形成抑制了雪面升华。

雪面与雪底温度变化

ROS事件改变了雪层内部热传输过程。事件后实验组雪面温度白天高于对照组、夜间更低，雪底温度则持续高于对照组。这表明ROS事件破坏了雪层能量平衡，且其对多年冻土能量状态的影响可能持续数日。

结论与讨论

本研究揭示出ROS事件在积雪期会加速反照率衰减、促进表层冰壳形成、改变雪层变质过程与热传输机制，并降低积雪深度减少速率。这些效应与消融期存在显著差异：低温导致雨水冻结成冰，致密表层阻碍优先流形成，使得ROS事件在积雪期更难触发洪水，但可能增加雪崩风险（冰层增加荷载、深层雪层不稳定性增强）。此外，雪面长期冰覆盖会影响有蹄类动物行动与觅食，对高原生态系统产生连锁效应。

研究结果不仅完善了ROS事件的致灾机制，还为寒区水文建模、灾害预警及生态保护提供了关键科学依据。然而，本研究仅基于5日观测与单次对照实验，未来需在不同雪情、气象条件及海拔地区开展更多实验，以进一步提升结论的普适性。

注：本研究由国家自然科学基金（42171145、42171147）、甘肃省科技计划（25JRRA409、22ZD6FA005、25JRRA864）及湖南省教育厅科研基金（22A0497）共同资助。