在炎热干燥的天气中雪会直接消失在大气中

到2021 年 7 月中旬，由西部融雪补给的小溪、河流和湖泊已经枯竭，这让像我这样的农民、生物学家和雪水文学家非常担心。这在加利福尼亚并不奇怪，那里前一个冬天的降雪量远低于正常水平。但在科罗拉多州和落基山脉地区也是如此，那里的降雪量通常是正常的。你会认为如果有正常的雪量，你的下游就会有充足的水，对吗?

一个多世纪前，内华达大学里诺分校的雪科学家詹姆斯·丘奇开始研究山上的积雪量与融雪供给的河流中的水量之间的关系。但正如水文学家在此后的几十年里了解到的那样，雪和河流流量之间的相关性并不完美。令人惊讶的是，有很多研究人员不知道积雪与河流之间的关系。

当然，干燥的冬季会导致春季和夏季的水量稀少。但还有其他原因，山上的雪不会到达下面的河流。一个不断发展的研究领域正在探索干旱如何导致长期干燥的土壤吸收比正常情况更多的水。这些水还补充了下面的地下水。

但另一种研究较少的水分流失方式是直接蒸发到大气中。正如每年降雪量不同一样，空气中的水分流失也是如此。在适当的条件下，消失在空气中的雪多于融化成河流的雪。但是，降雪和空气中水分流失本身与河流和湖泊中的水位之间的关系是水循环中一个重要但尚未得到充分了解的部分，尤其是在干旱年份。

空气中的水分流失

水分在到达小溪或河流之前可以通过两种方式散失到大气中。

在大多数情况下，冻结的二氧化碳(也称为干冰)不会融化，但在加热时会直接从固体跃升为气体。

第一种是通过蒸发。当水从太阳吸收足够的能量时，水分子会变成一种叫做水蒸气的气体。这种漂浮的水蒸气然后储存在空气中。大多数蒸发发生在湖泊表面、土壤中的水或雪融化和水流过岩石或其他表面时。

水分流失到大气中的另一种方式是您可能不太熟悉的一种方式：升华。升华是指固体直接变成气体——想想干冰。当雪或冰直接变成水蒸气时，水也会发生同样的情况。当空气比冰点更冷时，当冰和雪分子吸收如此多的能量以致它们跳过液体形式并直接跳成气体时，就会发生升华。

许多大气条件会导致蒸发和升华增加，最终导致流入小溪和溪流的水量减少。干燥的空气比潮湿的空气可以吸收更多的水分，并将更多的水分从地面吸收到大气中。强风还可以将湿气吹入空气中并远离它最初降落的区域。最后，空气越暖，阳光越多，雪或水变成水蒸气的能量就越多。当你得到这些因素的组合时——比如落基山脉温暖干燥的风，称为奇努克风——蒸发和升华会发生得非常快。在干燥、刮风的日子里，多达约两英寸的雪可以升华到大气中. 这相当于每个足球场大小的积雪区域大约有一个游泳池的水。

升华是神秘的

测量流经河流或湖泊的水量相对容易。使用卫星和积雪调查，水文学家可以对山脉上的积雪量进行准确估计。测量蒸发，尤其是升华，要困难得多。

今天，研究人员通常使用物理方程和风和天气模型来间接估计升华。但是在这些计算中存在很多不确定性和未知数。此外，研究人员知道，升华造成的大部分水分流失发生在林线以上的高山地带——但雪科学家很少测量那里的积雪深度。这进一步增加了升华的不确定性，因为如果你不知道系统开始时有多少水分，就很难知道损失了多少。

最后，每年的天气和积雪深度变化很大。所有这一切都使得测量飘落到大气中的雪量变得异常困难。

当科学家能够测量和估计升华时，他们测量的水分损失范围从总降雪量的百分之几到一半以上，具体取决于气候和您所在的位置。即使在一个地方，升华每年也会因雪和天气的不同而有很大差异。

当水分流失到大气中时，它最终会以雨或雪的形式落到地表。但这可能在地球的另一边，对受干旱影响的地区没有帮助。

重要知识

很难说大气中的水分流失对任何给定山脉的总水循环有多重要。自动雪监测系统——尤其是在树线以上的高海拔地区——可以帮助研究人员更好地了解雪发生了什么以及对大气造成损失的条件。

河流中的水量——以及这些水何时出现——会影响农业、生态系统和人们的生活方式。当缺水时，就会出现问题。随着气候变化导致更多的干旱和多变的天气，填补像升华这样的水循环知识空白很重要。

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