河流中的冰gydF4y2Ba

形成和成长gydF4y2Ba

冰粒子gydF4y2Ba

河流中冰的形成要比湖泊中复杂得多,这主要是由于水流速度和温度的影响gydF4y2Ba动荡gydF4y2Ba.与湖泊一样,地表温度会随着上方空气的冷却而下降。然而,与湖泊不同的是,河流中的湍流混合导致整个水深均匀地冷却,即使在其温度降至最大密度温度(4°C,或39°F)以下。一般的模式是,水温相当接近于平均日气温,但与gydF4y2Ba日gydF4y2Ba比气温的日变化小。一旦水温下降到gydF4y2Ba冰点gydF4y2Ba而进一步冷却发生时,水温实际上会降至冰点以下,这一现象被称为gydF4y2Ba过冷gydF4y2Ba.通常情况下,观测到的最大过冷只有百分之几摄氏度。在这一点上,从空气中引入的冰粒导致冰在流动中进一步成核。这个冻结作用释放gydF4y2Ba潜热gydF4y2Ba使水的温度回到冰点。然后冰的产生与地表冷却的速度保持平衡。gydF4y2Ba

流动中的冰粒被称为冰粒gydF4y2Ba片冰gydF4y2Ba.弗雷泽几乎总是第一个gydF4y2Ba冰的形成gydF4y2Ba在河流。这些颗粒通常约为1毫米(0.04英寸)或更小,通常呈薄圆盘状。Frazil出现在几种类型的初始冰形成中:薄,片状的形成(在非常低的流速下);絮凝颗粒:在水面上似乎絮凝成较大的团块并表现出似泥状外观的颗粒;形状不规则的“平底锅”,看起来很浅,实际上有一定的深度;以及(在高流速下)流动中冰颗粒的分散混合物或浆液。gydF4y2Ba

过冷gydF4y2Ba河gydF4y2Ba水虽然只有百分之几摄氏度甚至更低,却能提供足够的热量gydF4y2Ba上下文gydF4y2Ba为了让粒子gydF4y2Ba坚持gydF4y2Ba因为在这样的条件下,冰粒本身就不稳定,会主动生长到过冷水中。当它们相互接触或接触其他冷却到冰点以下的表面时,它们通过冻结而粘附在一起。这种行为会在进水口造成严重问题,在那里冰粒可能会附着,然后积聚大量的冰块,堵塞进水口。在河流和小溪中,破碎的颗粒也可能附着在底部,并依次建立一个松散的多孔层,称为gydF4y2Ba锚冰。相反地,如果水的温度上升到冰点以上,颗粒就会变成中性的,彼此不再粘在一起,这样流动就只是流动水中的固体颗粒。略高于冰点的水也可能会释放锚冰和底部之间的粘结:当夜间降温很大时,在浅溪流底部形成锚冰并不罕见,第二天在空气温度和温度变暖的影响下才会释放gydF4y2Ba太阳辐射gydF4y2Ba.gydF4y2Ba

累积冰盖gydF4y2Ba

如上所述,疲劳在河流表面形成平底锅。最终,这些冰盘可能会扩大并冻结在一起形成更大的浮冰,或者它们可能会聚集在冰盖的前缘,形成一层冰gydF4y2Ba积累gydF4y2Ba逆流而上的冰这种堆积物聚集并向上游发展的厚度取决于水流的速度(gydF4y2BaVgydF4y2Ba),并在公式中隐式给出gydF4y2Ba方程。gydF4y2Ba在这gydF4y2BaggydF4y2Ba是重力加速度,gydF4y2BaρgydF4y2Ba而且gydF4y2BaρgydF4y2Ba我gydF4y2Ba分别是水和冰的密度,gydF4y2BahgydF4y2Ba积冰的厚度,和gydF4y2BaHgydF4y2Ba就是冰层上游的水流深度。实际情况是,如果平均流速超过每秒60厘米(24英寸),到达上游边缘的浮冰就会淹没并向下游移动。在一定的厚度上,堆积的冰可能无法抵抗这些力gydF4y2Ba施加gydF4y2Ba由于水流和自身重量在下游方向的作用,它会在推挤过程中变厚,直到达到足以承受这些力的厚度。在非常寒冷的时期,顶层的冻结会将力分散到海岸线上,从而提供额外的强度,所以更薄的冰盖实际上可能更能承受作用在它们身上的力。gydF4y2Ba

随着冰盖的积累和向上游发展,它既增加了水流的阻力,又置换了一定体积的水。这两种影响导致河流的上游深度更大,从而降低了流速,并使进一步的上游进展发生在先前流速太高而不允许形成冰盖的地方。这种现象被称为gydF4y2Ba分期,指的是它增加水位的效果,或“分期”。在这一过程中,上游水流的深度增加,水就会被储存起来,这在一定程度上减少了下游水的输送。春天冰的破裂会产生相反的效果——也就是说,储存的水被释放出来,可能会导致下游的水激增。gydF4y2Ba

固定冰盖的增长gydF4y2Ba

一旦第一个冰盖形成并稳定下来,进一步的增长与gydF4y2Ba湖gydF4y2Ba冰:典型的柱状晶体生长到下面的水中,形成非常光滑的底部表面。这种增厚可以用上面计算湖冰厚度的公式(1)来预测。当略高于冰点的水在冰盖下流动时,这种模式就会出现例外。当这种情况发生时,流动的水的作用要么导致下表面融化,要么延缓增厚。由于融化发生的速度与速度乘以水温成正比,在速度快的地区覆盖的冰可能比速度低的地区薄得多。不幸的是,冰层较薄的区域通常从上面看不出来,这对那些人来说可能是危险的gydF4y2Ba遍历gydF4y2Ba它。gydF4y2Ba

在一些河流中,固定的冰最初沿海岸线形成,中心区域暴露在空气中。岸冰从海岸线开始逐渐变宽,要么形成如上所述的中央区域,要么形成岸冰两侧的连接。gydF4y2Ba

冰阻塞gydF4y2Ba

在较大、较深的河流中,上游产生的浮冰可能被带到下游,并被运输到固定的冰盖下,在那里沉积并形成大量的堆积物gydF4y2Ba挂水坝。这些沉积物可能很深,实际上可能会阻塞大部分河流的流动。更小,更浅gydF4y2Ba流gydF4y2Ba在美国,类似的冰形成可能是岸冰、锚冰沉积物、小型悬坝状堆积物和(在流动较慢的地区)冰盖的组合。gydF4y2Ba

小溪流中的冰在冬天表现出更多的变化,因为大部分水来自gydF4y2Ba地下水gydF4y2Ba降雨间隔期的流入。地下水是温暖的,随着时间的推移,在非常寒冷的时期形成的冰可能会融化。有时,小溪里所有的水都会结冰;随后流入的水流过地表并结冰,形成大量的冰。这些被称为gydF4y2Ba糖衣,gydF4y2Ba积冰gydF4y2Ba(德国),或gydF4y2Ba二溴磷gydF4y2Bas(俄罗斯)。冰屑可能变得非常厚,完全堵塞涵洞,在某些情况下溢出gydF4y2Ba相邻gydF4y2Ba道路。gydF4y2Ba