Frost weathering is a major control on rockwall erosion in Alpine environments. Previous frost cracking model approaches used air temperatures as a proxy for rock temperatures to drive frost weathering simulations on rockwall and on mountain scale. Unfortunately, the thermal rockwall regime differs from air temperature due to topographic effects on insolation and insulation, which affects frost weathering model results and the predicted erosion patterns. To provide a more realistic model of the rockwall regime, we installed six temperature loggers along an altitudinal gradient in the Swiss Alps, including two logger pairs at rockwalls with opposing aspects. We used the recorded rock surface temperatures to model rock temperatures in the upper 10 m of the rockwalls and as input data to run four different frost cracking models. We mapped fracture spacing and rock strength to validate the model results. Our results showed that frost cracking models are sensitive to thermal, hydraulic and mechanical parameters that affect frost cracking magnitude but frost cracking patterns in terms of peak location and affected rock mass remained consistent between varying input parameters. Thermo-mechanical models incorporate rock strength and hydraulic properties and provided a frost cracking pattern at the rockwall scale that better reflects the measured fracture spacing. At the mountain scale, these models showed a pattern of increasing frost cracking with altitude, which is contrary to purely thermal models but consistent with observations of existing rockfall studies.

中文翻译：

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高山岩壁冻裂的地形地质控制

霜冻风化是高山环境中岩壁侵蚀的主要控制因素。以前的霜裂模型方法使用气温作为岩石温度的代理来驱动岩壁和山体尺度上的霜冻风化模拟。不幸的是，由于地形对日照和绝缘的影响，热岩墙状态与气温不同，这会影响霜风化模型结果和预测的侵蚀模式。为了提供更真实的岩壁状态模型，我们在瑞士阿尔卑斯山的海拔梯度上安装了六个温度记录仪，其中包括两个位于岩壁上的相对方位的记录仪对。我们使用记录的岩石表面温度来模拟岩壁上部 10 m 的岩石温度，并作为输入数据运行四种不同的冻裂模型。我们绘制了裂缝间距和岩石强度以验证模型结果。我们的结果表明，冻裂模型对影响冻裂幅度的热、水力和机械参数敏感，但在不同输入参数之间，峰值位置和受影响岩体方面的冻裂模式保持一致。热力学模型结合了岩石强度和水力特性，并提供了岩壁尺度的冻裂模式，可以更好地反映测量的裂缝间距。在山地尺度上，这些模型显示出随着海拔高度增加霜裂的模式，这与纯热模型相反，但与现有落石研究的观察结果一致。我们的结果表明，冻裂模型对影响冻裂幅度的热、水力和机械参数敏感，但在不同输入参数之间，峰值位置和受影响岩体方面的冻裂模式保持一致。热力学模型结合了岩石强度和水力特性，并提供了岩壁尺度的冻裂模式，可以更好地反映测量的裂缝间距。在山地尺度上，这些模型显示出随着海拔高度增加霜裂的模式，这与纯热模型相反，但与现有落石研究的观察结果一致。我们的结果表明，冻裂模型对影响冻裂幅度的热、水力和机械参数敏感，但在不同输入参数之间，峰值位置和受影响岩体方面的冻裂模式保持一致。热力学模型结合了岩石强度和水力特性，并提供了岩壁尺度的冻裂模式，可以更好地反映测量的裂缝间距。在山地尺度上，这些模型显示出随着海拔高度增加霜裂的模式，这与纯热模型相反，但与现有落石研究的观察结果一致。影响冻裂幅度的水力和机械参数，但在不同输入参数之间，峰值位置和受影响岩体方面的冻裂模式保持一致。热力学模型结合了岩石强度和水力特性，并提供了岩壁尺度的冻裂模式，可以更好地反映测量的裂缝间距。在山地尺度上，这些模型显示出随着海拔高度增加霜裂的模式，这与纯热模型相反，但与现有落石研究的观察结果一致。影响冻裂幅度的水力和机械参数，但在不同输入参数之间，峰值位置和受影响岩体方面的冻裂模式保持一致。热力学模型结合了岩石强度和水力特性，并提供了岩壁尺度的冻裂模式，可以更好地反映测量的裂缝间距。在山地尺度上，这些模型显示出随海拔高度增加的霜裂模式，这与纯热模型相反，但与现有落石研究的观察结果一致。