青藏高原冬春积雪特征及其对我国夏季降水的影响

本文利用国家气象中心提供的逐日地面积雪深度和积雪日数数据,以及NOAA的大气环流再分析资料,通过合成分析等方法,对1961—2013年青藏高原冬春季积雪高原整体、高原东部、高原西部进行了年际和年代际趋势分析,结果表明,青藏高原整体冬、春季积雪的变化趋势一致,雪深呈现"少雪—多雪—少雪—多雪"的变化趋势,积雪日数呈现"少雪—多雪—少雪"的变化趋势。高原东(西)部积雪在20世纪60—70年代均明显增加,20世纪80—90年代均减少,20世纪90年代末东部春季和冬季积雪减少更为显著,而西部地区除了春季积雪日数变化不大,春、冬季积雪雪深和冬季积雪日数均明显增加。其次,对青藏高原东、西部地区多(少)雪年的划分,发现高原东部和西部地区积雪异常年对应的大气环流形势也存在差异。最后,进一步分析了青藏高原不同区域积雪异常年环流形势变化特征及其对我国夏季降水的影响,发现高原东(西)部积雪异常年时我国夏季降水分布存在显著差异,因此,在将高原积雪作为气候预测因子的时候,应当考虑东部和西部积雪异常不同所产生影响的差异。     

青藏高原地区积雪及其变化的不确定性:3种积雪观测资料的对比分析

为了探究青藏高原积雪不同观测资料间的差异,本文通过定义积雪覆盖率(Snow Cover Percentage,SCP)对比了NOAA-CDR卫星可见光遥感积雪资料、卫星被动微波遥感积雪资料和我国146个台站观测的积雪资料在高原地区的气候态及年际变动特征。从年平均气候态看,微波与可见光资料的SCP分布较为接近,高值区均位于念青唐古拉山与喜马拉雅山南缘之间的山区。而台站资料SCP的高值区范围则相对较小,在高原东部的巴颜喀拉山及南部的念青唐古拉山。3种资料的积雪低值区均位于高原中南部沿雅鲁藏布江一带、阿尔金山北侧以及东边界的内陆省份。从季节平均场看,不同资料的积雪分布在冬季及秋季,无论是气候态还是年际变动均较为类似。在春季时,微波和台站资料间较为一致。而在夏季,资料间差异很大,不同资料间的两两相关接近于零,甚至为负数。本文同时选取了青藏高原地区4个典型台站(索县、清水河、康定、甘孜),将卫星资料插值于台站上,对比3种资料间的异同,以及与地表气温异常间的关系。结果表明,在这4个典型站上,台站SCP在过去36 a中为线性减少的趋势,而卫星SCP主要为线性增加的趋势,且台站年平均SCP与地表气温异常的协同性最好。     

中国近50a积雪变化时空特征

利用1961～2012年中国1400个站点逐日积雪增量、积雪日数和气温稳定通过0℃日数资料,对我国积雪时空变化特征进行了分析研究。结果表明：我国积雪主要分布在新疆北部地区、东北和内蒙古东北部地区及青藏高原地区,年积雪增量均超过50era;在年代际变化中,1991～2000年我国大部分地区积雪增量偏少;在对我国5个区域的趋势分析中,新疆北部地区、东北和内蒙古东北部地区积雪量有显著增加趋势,积雪日数的变化趋势均不显著,气温稳定通过0oC日数均呈显著减少。     

利用卫星遥感和地面实测积雪资料分析近年新疆积雪特征

利用2003—2005年卫星SSM/I的每日雪深资料,1996—2004年冬、春的NOAA/AVHRR积雪旬覆盖面积资料,以及1996—2002年新疆北部11个地面台站的积雪观测资料,研究了近年新疆积雪的时空分布特征。结果表明:新疆积雪年际变化大,近年最大积雪日数和面积出现在2000—2001年。积雪主要集中在天山山脉以北地区,该区大部分地区每年冬、春积雪覆盖旬数超过了15旬,在西南昆仑山脉地区也有小范围的高值区,部分年份的冬、春积雪覆盖旬数超过了15旬。另外,山区积雪覆盖旬数明显高于盆地,准葛尔盆地积雪覆盖旬数明显多于塔里木盆地。积雪年际变化较显著的地区在中部天山山脉地区、西南部昆仑山脉地区和西部阿尔金山脉地区,均超过了6旬。积雪深度在每年的2月达到最高。高值出现在阿勒泰地区、塔城、天山北麓、准噶尔盆地南缘和南疆西部的托什干河流域一带,达到近40 cm。     

利用NSIDC雪盖资料和ERA-40资料对比分析青藏高原积雪的时空分布特征

利用美国冰雪中心(NSIDC)提供的北半球冰雪盖周资料和欧洲数值预报中心(ECMWF)的ERA-40积雪深度再分析资料研究分析青藏高原积雪的时间和空间的分布特征.研究结果表明:青藏高原积雪在时间的年内变化上,青藏高原积雪过程主要集中在9月后到第二年5月前,并且最大值多出现在1月前后;在年及年代际变化上,小波分析显示,青藏高原积雪量变化存在3～5年的短周期震荡,同时也存在10年左右的长周期震荡,其中20世纪60年代末、80年代中后期和90年代末变化突出,并且青藏高原东部的变化比西部更明显.在空间的分布上,青藏高原积雪主要分布于西部同帕米尔高原相接喀喇昆仑山地区、南部喜马拉雅山脉周边地区和东部念青唐古拉山和林芝地区,高原中部腹地主要表现为少雪区.     

利用NSIDC雪盖资料和ERA-40资料对比分析青藏高原积雪的时空分布特征

利用美国冰雪中心(NSIDC)提供的北半球冰雪盖周资料和欧洲数值预报中心(ECMWF)的ERA-40积雪深度再分析资料研究分析青藏高原积雪的时间和空间的分布特征。研究结果表明:青藏高原积雪在时间的年内变化上,青藏高原积雪过程主要集中在9月后到第二年5月前,并且最大值多出现在1月前后;在年及年代际变化上,小波分析显示,青藏高原积雪量变化存在3~5年的短周期震荡,同时也存在10年左右的长周期震荡,其中20世纪60年代末、80年代中后期和90年代末变化突出,并且青藏高原东部的变化比西部更明显。在空间的分布上,青藏高原积雪主要分布于西部同帕米尔高原相接喀喇昆仑山地区、南部喜马拉雅山脉周边地区和东部念青唐古拉山和林芝地区,高原中部腹地主要表现为少雪区。     

青藏高原积雪对陆面过程热量输送的影响研究

利用1979-2016年中国区域长时间序列逐日雪深资料,分析了青藏高原积雪深度与积雪日数的分布及变化特征,并将积雪期划分为三个阶段(积累期、鼎盛期和消融期),结合ERA-Interim月平均再分析资料,分析了积雪与地表热状况(气温、地表和土壤温度)和能量输送量(地表净短波辐射、地表净长波辐射、感热通量、潜热通量、地表热通量和土壤热通量)的相关关系,初步探讨了积雪在高原陆面过程中的作用。结果表明:研究时间范围内青藏高原积雪(深度和日数)主要呈减少趋势,仅在黄河源区及高原边缘地区为增加趋势,积雪鼎盛阶段(1-2月)的减少趋势最显著;高原积雪对地表主要起降温作用,深层土壤温度对积雪的响应存在滞后性,积雪的减少抑制了土壤向上的热量输送进而不利于冻土的发育;高原积雪与地表感热和地表热通量主要呈现负相关关系,潜热通量与积雪也呈负相关特征但比感热通量的相关性小。由于ERA-Interim资料对高原积雪深度的描述与本研究使用的卫星遥感积雪深度存在较大偏差(包括空间分布、气候倾向率、年际变化以及绝对大小等),导致本研究中积雪与地表热状况和热通量的相关度不高,需要通过陆面模式模拟做进一步探讨。     

1971-2016年青藏高原积雪冻土变化特征及其与植被的关系

利用1971-2016年青藏高原81个气象站逐月积雪日数和45个测站第一冻结层下界观测资料,分析了青藏高原积雪冻土的时空变化特征及其与高原植被指数（NDVI）的关系,探讨了积雪冻土下垫面变化对高原植被及沙漠化的可能影响。结果表明：1）青藏高原积雪日数分布极不均匀,巴颜喀拉山和唐古拉山为高原积雪日数的大值区,且年际变率较大。2）青藏高原积雪日数总体上呈现减少趋势,平均以3.5 d/（10 a）的速率减少,且在1998年前后发生突变,减少速率进一步加快,达到5.1 d/（10 a）。3）青藏高原第一冻结层下界呈上升趋势,达到-3.7 cm/（10 a）,与青藏高原增暖紧密相关。4）青藏高原NDVI呈缓慢增加趋势,与高原气温、降水的增加趋势相一致,积雪冻土的变化对不同区域植被NDVI的影响有显著差异。在气候变暖背景下,形成的暖湿环境促进积雪消融、冻土下界提升,使土壤浅层含水量增加,有利于植被恢复和生长,其结果对高原土地沙漠化防治有一定参考作用。     

青藏高原积雪日数与高原季风的关系

利用青藏高原50个气象台站1960-2004年的积雪日数、NCEP/NCAR再分析资料、青藏高原地面加热场强度距平指数和高原季风指数资料,采用EOF、滑动t检验以及相关分析等方法分析了近60年来青藏高原季风的变化特征和近45年来青藏高原积雪日数的变化特征以及二者之间的关系;分析了青藏高原季风与青藏高原高度场和青藏高原地面加热场之间的相关性。结果表明:当初冬(11月)青藏高原地面加热场强度强时,隆冬(12月~1月)的青藏高原冬季风弱,次年春季(4~6月)的青藏高原地面加热场强度弱;当青藏高原夏季风强(弱)时,有利于唐古拉山地区积雪日数的增加(减少),班戈地区和青海东北部积雪日数的减少(增加);当青藏高原冬季风强(弱)时,有利于青海北部和西藏南部积雪日数的减少(增加),喜马拉雅山和唐古拉山积雪日数的增加(减少)。     

唐古拉地区超声雪深传感器SR-50监测研究

利用2004年5月以来超声雪深传感器SR-50在青藏高原唐古拉综合监测场获取的实时积雪资料和相关气象数据,评估了SR-50在青藏高原积雪监测中的性能和作用,并对青藏高原腹地多年冻土区积雪变化特征进行初步分析。结果表明:超声雪深传感器SR-50对不同时间尺度的地表积雪过程均有较好的监测能力。监测数据清晰地显示唐古拉地区地表积雪深度在夜间相对稳定、在日间迅速降低的特点。唐古拉地区平均年积雪日数为82 d,各月均有地表积雪出现,但夏季的地表积雪较少且持续时间很短。该地区地表积雪总体上呈厚度较薄、消融较快、持续时间较短的特点。2005—2008年该地区瞬时最大积雪深度为22 cm,日平均积雪深度小于5 cm日数占总积雪日数的71.58%。     

中国冬季多种积雪参数的时空特征及差异性

利用1979~2006年冬季中国站点最大雪深和站点雪日、卫星遥感雪深、积雪覆盖率和雪水当量5种积雪资料,从多角度深入细致地分析了我国冬季积雪的时空变化特征。结果表明:5种积雪资料的经验正交分解第一模态都表现为中国南、北方反位相的特征,即当新疆和东北三省-内蒙古地区积雪偏多(少)时,青藏高原和南方地区积雪偏少(多)。新疆和东北三省-内蒙古地区的雪深、积雪覆盖率和雪日随时间有逐渐增多的趋势,而其中边缘山区的雪水当量表现出减少的趋势,青藏高原地区的积雪表现出与其完全相反的特征。南方地区站点最大雪深和雪日表现出随时间减少的趋势,卫星遥感难以监测到该区积雪。相比较而言,卫星遥感资料比较适合高原和山区缺少气象站的地区及北半球更大区域积雪的研究,而站点资料更适用于中国中东部和平原地区积雪的区域研究。雪深、雪日、积雪覆盖率和雪水当量这些多样性积雪参数存在一定的差异性,因此5种积雪资料结合使用才能得到更准确的结论。     

青藏高原冬春雪深分布与中国夏季降水的关系

利用SSMR和SSM／I卫星遥感雪深反演资料,通过与高原测站雪深观测资料的对比分析,揭示了高原雪深的时空分布特征,在此基础上对积雪异常年中国夏季降水异常和大气环流进行了对比分析。结果表明,卫星遥感雪深资料可较真实反映出高原积雪的状况,并可反映出高原西部积雪的变化;高原冬、春季积雪EOF分解第1模态具有相同的空间分布,反映了高原冬、春季积雪分布具有相当的一致性,而春季积雪的第2模态则反映高原积雪的东西差异;冬、春季雪深EOF第1模态的时间序列与中国夏季降水的相关分析表明,大致以长江为界,我国东部地区呈现出南涝北旱的分布模态,春季高原东（西）部多（少）雪与东（西）部少（多）雪年的夏季,我国东部降水表现出长江以南（北）地区为大范围的降水偏多（少）。     

Studying the spatiotemporal variation of snow-covered days over China based on combined use of MODIS snow-covered days and in situ observations

Based on the moderate resolution imaging spectro-adiometer (MODIS)-acquired snow-covered days data (MSCD), validation of MSCD is performed by using 529 in situ observations of snow-covered days (SCD) from 2001 to 2006 in China. For the different characteristics of snow cover in four major snow-covered regions including the Tibetan Plateau, Xinjiang, and north-eastern and inner Mongolia, the validation process is divided into five parts for all of China. Our results indicate that except in the south-eastern part of the Tibetan Plateau, the MSCD is usually lower than the in situ SCD measurement. It is found that the MSCD have good polynomial regression agreement with the in situ measurements in Xinjiang and north-eastern and inner Mongolia with an R ² values that reach 0.89, 0.78, and 0.87, respectively. Because the MSCD is smaller but with a good regression relationship with the in situ SCD, calibration of the MSCD images could significantly improve its precision in those regions. To be considered a stable snow-covered area, there must be greater than 60?days per year in which the pixels are covered by snow. Unstable snow-covered areas are ones in which fewer than 60?days but at least 1?day is covered by snow. The calibrated MSCD outcome indicates that the unstable snow-covered area can reach 555.2?×?10⁴?km², and the stable snow-covered area is approximately 273.1?×?10⁴?km². The area in the three major stable snow-covered regions of the Tibetan Plateau, Xinjiang, and north-eastern and inner Mongolia is approximately 100.4?×?10⁴, 54.4?×?10⁴, and 114.7?×?10⁴?km², respectively.     

1988～1998年北半球积雪时空变化特征分析

利用NOAA提供的北半球近10年(1988～1998)逐周雪盖观测资料，通过引入年或季节累积雪盖周数作为对雪量累积情况的定量衡量，对北半球雪盖变化时空特征进行了分析。结果表明:近10年来，北半球积雪年际变化的关键区位于青藏高原、蒙古高原、欧洲阿尔卑斯山脉及北美中西部，其中青藏高原是北半球积雪异常变化最强烈的区域。青藏高原和欧亚大陆其他地区积雪变化的关联表现为两种不同的时空变化型，第一种型表现为青藏高原地区和其他地区(如欧洲、俄罗斯远东地区)积雪的同位相趋势性增多；第二种型表现为青藏高原地区和中亚地区积雪变化同位相，而和蒙古高原－我国东北地区积雪变化反位相的年际振荡。     

青藏高原积雪对亚洲夏季风影响的诊断及数值研究

通过对青藏高原多、少雪年的合成分析及数值试验，研究了青藏高原积雪对亚洲 夏季风和我国东部气候异常的影响。结果表明:青藏高原积雪造成亚洲大气环流较大的年际变化。高原积雪改变了高原陆面春、夏季的热状况，使亚洲夏季风爆发推迟20天左右。高原积雪通过以下物理过程影响亚洲夏季风和我国东部气候:高原积雪多(少)→高原春、夏季的感热弱(强)→感热加热引起的上升运动弱(强)，高原强(弱)环境风场→不利(有利)于高原感热通量向上输送→高原上空对流层加热弱(强)→高原对流层温度低(高)→高原南侧温度对比弱(强)→造成亚洲夏季风弱(强)→我国长江流域易涝(旱)。     

Impact of absorbing aerosol deposition on snow albedo reduction over the southern Tibetan plateau based on satellite observations

We investigate the snow albedo variation in spring over the southern Tibetan Plateau induced by the deposition of light-absorbing aerosols using remote sensing data from moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) aboard Terra satellite during 2001–2012. We have selected pixels with 100 % snow cover for the entire period in March and April to avoid albedo contamination by other types of land surfaces. A model simulation using GEOS-Chem shows that aerosol optical depth (AOD) is a good indicator for black carbon and dust deposition on snow over the southern Tibetan Plateau. The monthly means of satellite-retrieved land surface temperature (LST) and AOD over 100 % snow-covered pixels during the 12 years are used in multiple linear regression analysis to derive the empirical relationship between snow albedo and these variables. Along with the LST effect, AOD is shown to be an important factor contributing to snow albedo reduction. We illustrate through statistical analysis that a 1-K increase in LST and a 0.1 increase in AOD indicate decreases in snow albedo by 0.75 and 2.1 % in the southern Tibetan Plateau, corresponding to local shortwave radiative forcing of 1.5 and 4.2 W m⁻², respectively.

     

青藏高原积雪对中国夏季风气候的影响

利用SVD等方法对青藏高原积雪与中国区域降水的关系作了诊断分析。并用区域气候模式（RegCM2）对高原积雪的气候效应进行了模拟。结果表明:青藏高原积雪对中国夏季风气候的影响是显著的。积雪的增加会明显减弱亚洲夏季风的强度,使华南的降水减少,江淮流域的降水增多。高原冬季积雪深度的增加,比积雪面积的扩大和春季积雪深度的增加对后期气候的影响更大。     

冬季积雪对我国夏季降水预测的评估分析

根据高原积雪和高纬积雪与我国夏季降水相关分析的结果，将高原积雪和高纬积雪作为独立因子分别对我国夏季降水预测做了检验，结果表明：高原积雪较高纬积雪效果要好，冬季高原积雪异常偏多时，长江流域夏季易发生洪涝，这也是预测汛期降水的一个重要信号。