降水对淋溶过程的影响分析

除了气温，降水亦是影响雪坑离子浓度的气象参数。降水作为大气中化学成分最为重要的一种清除方式，是雪坑化学离子的主要来源。由上述研究可知，在强烈淋溶期，降水实际上并未增加雪坑中离子的含量，这与气温高值引起的离子流失有关。因天山地区降水集中出现在春末至夏季，其中7月降水所占比例最大，使得一年中由降水带来的化学离子大部分被融水淋溶。为了探究降水对雪坑离子浓度的影响，进一步分析对比了降水量和雪坑离子浓度的相关性。

图5.11比较了2003—2006年湿季离子总浓度与同期正积温和降水的关系。在湿季，离子浓度曲线均表现出相似的变化特征，均经历了快速减小至最小值后再迅速增加的过程。用公式（5-1）对其进行拟合，发现2003年和2005年拟合度较好，R2值分别为0.83和0.89，2004年和2006年则相对较差，R2值分别为0.40和0.60。对比同期降水可见，雪坑离子浓度达到最低值时，降水量却达到最大值，说明该时段降水带来的化学离子均被最大限度地淋溶。湿季末，离子浓度快速上升，该时段的降水可能对其产生影响。前已述及，当正积温超过0℃，离子浓度即开始快速降低。然而，在湿季末，尽管温度依然较高，离子浓度却呈现出快速升高的态势，很可能由于此刻的雪冰温度开始下降，融水减少，从而导致局地风和降水带来的化学成分较好地被保存下来。综上所述，湿季，仅仅发生在8月中旬到9月末的降水被保存至当年的雪层中。

图5.11　2003—2006年湿季雪坑离子浓度变化及其与正积温和降水的关系

为了探讨降水量对不同离子浓度的影响，对2005年3月至2006年3月间8种主要离子的浓度值和同期降水量做了相关散布，如图5.12所示。线性回归分析仅包括非强烈淋溶期的离子浓度数据和对应的降水量数据。由此可得，非强烈淋溶期，雪坑离子浓度随降水量的增加表现出一定的增大趋势，说明降水量可对雪坑离子浓度产生一定影响。然而这种影响十分微弱，且在不同离子间存在较大差异。其中，和相关系数最低，分别仅为0.05和0.10，Mg2+的相关系数最高，可达0.43。一般来说，降水携带大气中的化学成分降至雪层表面，未受淋溶的表层雪应在一定程度上反应雪坑离子的来源。然而，降水并非表层雪的唯一来源，冬季的吹雪亦在不同程度上影响表层雪离子浓度。加之吹雪、升华和密实化等其他沉积后过程，使得雪坑离子浓度与同期降水的相关性并不显著。

图5.12　离子浓度与同期降水量的关系

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图5.13　2003—2006年干季雪坑离子浓度变化及其与降水的关系

在干季，总离子浓度波动较小（图5.13），其波动范围分别是1157～1814、2080～3083和1567～2512 μg/L，季节内变化值约为1000 μg/L，小于湿季的离子变化值（约为3000 μg/L）。第一个干季（2003年10月至2004年4月）、第二个干季（2004年10月至2005年4月）、第三个干季（2005年10月至2006年4月）的降水量分别为28、35.6和74.2 mm，同期的日平均气温值分别为-15.9、-15.4和-16.3℃。图5.13显示，降水对离子浓度的影响并不十分显著，较频繁的降水和较大的降水量可能会导致离子浓度升高（例如，2004年2—3月），然而，在降水量较小的时期亦能观测到离子浓度的明显增加（例如，2003年10—11月）。此外，2005年3月末，尽管伴有明显的降水事件，雪坑离子浓度却呈现下降趋势。因此，降水量并不是影响干季雪坑离子浓度年际变化最重要的因素。此外，第二个干季（2004年10月至2005年4月）的离子浓度值高于其他两个干季，而对比三个季节的降水量和气温值发现，三个季节的气温和降水并未出现明显不同。该时段的温度波动范围是-30.5～-4.4℃，排除了任何淋溶的可能性，因此，考虑离子浓度的变化与干沉降和其他沉积后过程有关。

基于上述讨论，根据2005年3月至2006年3月雪坑和表层雪离子浓度的变化特征，计算两者的比率r（r即表层雪和雪坑离子浓度的比值），并综合气温和降水对雪坑离子浓度的影响，可将一整年度划分为四个时期，分别用51、52、53和54表示（如图5.14所示）。

图5.14　雪坑和表层雪离子浓度与同期降水的变化及表层雪与雪坑离子浓度的比值（r）变化

注：虚线表示r=1。

51时段内（3月初至6月中旬），雪坑离子浓度逐渐上升至最大值，平均浓度为2759.1 μg/L。表层雪离子浓度亦为最大值并出现剧烈波动，平均浓度为3788.8 μg/L。两者比率在1上下大幅波动。同期降水量为108.7 mm，约占年降水量的20%。这段时间内降水事件可能导致表层雪离子浓度升高，进而使得雪坑离子浓度呈逐渐升高的态势。52时段内（6月中旬至9月初），雪坑离子浓度快速减至最低值，平均浓度为1305.5 μg/L。表层雪离子浓度变化较小且浓度较低，平均浓度为824.6 μg/L。该时段集中了全年60%左右的降水。尽管降水量大，降水频次高，但表层雪离子浓度并未出现明显波动。原因是同期亦为强烈淋溶期，表层雪和雪坑中的离子均有明显淋溶现象。从两者比率变化（r＜1）可看出，该时段表层雪离子浓度始终小于雪坑离子浓度，暗示其淋溶程度亦强于雪坑。这是由于表层雪受到太阳辐射的直接作用，产生较高的热量平衡，导致淋溶强度较大。尽管52是降水频发期，离子浓度依然减至最低值，说明夏季降水中的大气化学信息并未保存至粒雪冰中。53时段内（9月初至12月上旬），雪坑和表层雪的离子浓度均有不同程度回升，平均浓度分别为1990.6和1919.9 μg/L。同期降水量为99.1 mm，约占年降水量的18%，说明该时段的降水再次对两者离子浓度的增加产生作用。54时段（12月上旬至次年3月初），表层雪和雪坑离子浓度略微减小，且r值始终小于1。同期降水量为15.7 mm，约占年降水量的2%左右。由于降水稀少，温度亦达到一年中的最低值，雪坑和表层雪离子浓度变化均相对稳定。

综上所述，降水对雪坑离子浓度的影响主要在春季到夏季初期（3月初至6月中旬）以及秋季到冬季初期（9月初至12月上旬），通过增加表层雪离子浓度值使得整个雪坑的离子浓度有所增加。而降水量最大的夏季（6月中旬至9月初），降水事件对雪坑离子浓度并不能起到主导作用。