亚北极雪中的蒸汽输送、颗粒生长与深层霜的发展

摘要：通过亚北极雪层的测量，探讨颗粒生长与蒸汽流之间的关系，这是干雪变质的基本过程。由于温度梯度极端，亚北极雪层经历了广泛的深层霜变质。到冬末，雪的底部形成了一个显著的薄弱层的五层结构。颗粒尺寸增加了2-3倍，而单位质量的颗粒数量减少了10倍。观察到的生长速率需要显著的粒间净蒸汽通量。稳定同位素比率显示，层间也存在显著的净蒸汽通量。土壤水分进入雪层底部，并与底部10厘米的雪混合，而同位素轻的水蒸气从基层分馏并沉积在雪层中高达50厘米。与表面雪相比，地面雪的冬末密度剖面表明，层间净蒸汽通量平均为6 x 10^-7 kg m^-2 s^-1，尽管详细测量显示净通量是间歇性的，并随时间和高度变化，峰值净通量是平均值的十倍。一个以观测的温度剖面驱动的模型重现了层间通量模式，并预测了雪基底部观察到的薄弱层。计算的层间蒸汽通量是粒间通量的十倍，这意味着深层霜颗粒生长受到蒸汽供应以外的因素限制。这个发现表明，由颗粒升华而引起的水分子增减速率远高于颗粒生长速率，这解释了为何颗粒能够如此容易地变质成不同形式。