冰增长

增长率

曾经的初始层形成于在冰层表面,进一步的增长与能量从冰层底面传递到上面空气的速率成正比。因为按照标准大气压力水与冰的边界在0°C,底部表面总是在冰点.如果没有明显的流量从下面的水到冰,就像通常的情况一样,所有通过冰层的热量损失都会导致底部的冰生长。通过冰的热量损失发生在传导指定的ϕ这个数字,与冰的热导率成正比(k)和冰的底部和顶部表面之间的温差(T-T年代),并与冰的厚度成反比(h).热量损失到上面的空气(也指定ϕ)是由辐射和对流等多种过程产生的,但它可以用体积传递系数(Hia)乘以冰的表面温度与空气温度之差(T年代-T一个).(实际上,冰层的上表面并不在空气温度,而是在空气温度和冰点之间的某个地方。确切的数据很少有,但幸运的是,表面温度,T年代不需要进行分析。)

假设热流通过冰的热量等于从冰表面到上方空气的热量,可以形成以下冰的增厚公式:方程。

在这个公式中h是冰的厚度,T一个是空气温度,T是冰点,k是冰的热导率(2.24瓦每米开尔文),ρ密度冰(每立方米916公斤),l潜热(3.34 × 105焦耳/千克),和t时间是从最初开始的吗冰的形成.的确切值体积转移系数(Hia)取决于能量预算的各个组成部分,但它通常在每平方米开尔文10至30瓦之间。较高的数值与有风的条件有关,较低的数值与无风的条件有关,但是,由于没有其他信息,20瓦特每平方米开尔文的数值与冰生长的数据非常吻合。这个公式在预测冰盖薄时特别有用。冰盖的第一次增长速度与自形成以来的时间成正比;然而,随着冰的增厚,顶部表面的温度更接近空气温度,并且增长速度与温度成正比平方根的时间。

如果有在冰的顶部,它将提供一个阻力,热量从冰表面的底部流向上面的空气。在这种情况下,增量增厚速率(即增量增厚[dh]在递增的时间段内[dt])可由以下公式预测:方程。在哪里h现在冰的厚度与热导率有关吗k而且h年代积雪厚度是否与导热系数有关k年代雪的导热性取决于它的密度。在密度较高时,它更大,在密度分别为200至500公斤/立方米时,范围约为0.1至0.5瓦/米开尔文。

冰结构的变化

当积雪的重量足以超过支撑它的冰的浮力时,通常冰就会被淹没,水就会从冰的裂缝中流过,使雪饱和,然后结冰。这种冰的生长方式与上面分析的不同,但很常见,这样形成的冰被称为雪冰。在典型的雪密度下,一层约为支撑冰厚度一半的雪就会形成雪冰层。

当冰变厚时,有横向结晶的趋势c-轴方向楔出相邻垂直晶体c-轴方向,因此直径随着深度而变大。所得到的结构是相邻的单晶柱之一,称为柱状冰。当切下一块非常薄的冰,并通过交叉的偏光片进行光检查时,就会发现晶体结构清晰可见。