1961 - 2018年新疆北部冬季暴雪时空分布及其环流特征

基于1961 - 2018年冬季逐日降水资料, 研究了新疆北部不同类型暴雪的时空分布和环流特征。结果表明, 冬季新疆北部的局地暴雪日数最多（73.1%）, 区域暴雪次之（20.9%）, 大范围暴雪最少（6.0%）。总暴雪、 区域暴雪和大范围暴雪日数呈显著的增加趋势, 局地暴雪的增加趋势不显著。总暴雪、 局地暴雪和区域暴雪日数在12月最多; 大范围暴雪日数在2月最多。20世纪60 - 80年代, 新疆北部冬季以局地暴雪为主, 暴雪中心主要位于伊犁河谷和塔城地区北部; 90年代至今, 区域暴雪和大范围暴雪日数显著增加, 除伊犁河谷和塔城地区北部外, 阿勒泰地区、 天山北坡中段的暴雪日数增加显著, 乌鲁木齐成为天山北坡新的暴雪中心。新疆北部冬季暴雪的环流形势可分为3类6型, 其中锋区波动类最多, 低槽类次之, 低涡类最少。20世纪90年代前, 锋区波动类最多; 进入21世纪后, 低槽类明显增多。     

1961—2017年新疆积雪期时空变化特征及其与气象因子的关系

利用新疆89个地面站逐日积雪深度观测资料,研究探讨了1961—2017年新疆区域积雪期、积雪初日、积雪终日的时空变化规律,分析了北疆和天山山区积雪期的年代际和周期变化特征及其与气温、降水的关系。结果表明：新疆各地积雪期、积雪初日和终日存在明显的差异,积雪期以天山为界北多南少;从空间分布看,天山山区和新疆北部阿勒泰、塔城和伊犁河谷的大部地区是新疆积雪最丰富的地区,也是积雪期相对较长的区域。近57年来,北疆和天山山区78%气象站积雪期呈减少趋势,其中塔城地区和阿勒泰东部以及中天山一带的部分地区减少显著;67%气象站积雪初日推迟,显著推迟区域与积雪期显著减少的区域基本一致;积雪终日变化趋势不明显。北疆和天山山区积雪期存在2~3 a的短周期、14~15 a的长周期;积雪初日分别以12 a、15 a长周期振荡为主,但3~5 a短周期振荡出现的时段有所差异,两个区域积雪终日周期信号均较弱。北疆和天山山区积雪期、积雪初日和终日受气温的影响大于降水,其中积雪初日、终日出现的早晚与其所处季节的平均气温显著相关。     

1961—2017年新疆积雪期时空变化特征及其与气象因子的关系

利用新疆89个地面站逐日积雪深度观测资料,研究探讨了1961—2017年新疆区域积雪期、积雪初日、积雪终日的时空变化规律,分析了北疆和天山山区积雪期的年代际和周期变化特征及其与气温、降水的关系。结果表明:新疆各地积雪期、积雪初日和终日存在明显的差异,积雪期以天山为界北多南少;从空间分布看,天山山区和新疆北部阿勒泰、塔城和伊犁河谷的大部地区是新疆积雪最丰富的地区,也是积雪期相对较长的区域。近57年来,北疆和天山山区78%气象站积雪期呈减少趋势,其中塔城地区和阿勒泰东部以及中天山一带的部分地区减少显著;67%气象站积雪初日推迟,显著推迟区域与积雪期显著减少的区域基本一致;积雪终日变化趋势不明显。北疆和天山山区积雪期存在2～3a的短周期、14～15a的长周期;积雪初日分别以12a、15a长周期振荡为主,但3～5a短周期振荡出现的时段有所差异,两个区域积雪终日周期信号均较弱。北疆和天山山区积雪期、积雪初日和终日受气温的影响大于降水,其中积雪初日、终日出现的早晚与其所处季节的平均气温显著相关。     

1961—2017年基于地面观测的新疆积雪时空变化研究

选取新疆89个气象站1961—2017年逐日积雪深度观测资料, 分析近60 a新疆冬季最大积雪深度及积雪日数的时空变化特征。结果表明： 新疆冬季最大积雪深度以天山为界, 天山以北多于南部, 北疆北部和伊犁河谷最大达60 ~ 100 cm, 天山山区及天山北坡30 ~ 60 cm, 南疆大部地区不足20 cm; 新疆北部最大雪深多出现在1996年以后, 也是新疆气候由暖干转为暖湿的阶段。近60 a新疆区域尤其是北疆、 天山山区冬季最大积雪深度呈显著增加趋势, 南疆略有增加; 89个气象站中87.6%呈增加趋势, 20个显著增加, 主要分布在天山以北地区。分析不同积雪深度出现的日数, 新疆区域、 北疆地区、 天山山区≤10 cm积雪约占积雪总日数的48% ~ 58%, 10 ~ 20 cm积雪占24% ~ 32%, 20 ~ 30 cm积雪占12% ~ 15%, >30 cm积雪约占5%左右; 南疆地区以≤5 cm积雪为主。新疆区域、 北疆地区以及天山山区积雪日数总体呈减少趋势, 其中≤10 cm积雪日数减少, 尤其北疆显著减少, >20 cm积雪日数显著增加, 南疆变化不明显; 空间变化趋势分布基本与区域变化一致。     

青藏高原典型山地冰川中痕量元素的空间分布和来源分析

为了探究青藏高原雪冰中痕量元素的空间分布与主要来源,对2019年7—9月在青藏高原七一冰川、八一冰川、岗什卡雪峰、煤矿冰川、玉珠峰冰川、古仁河口冰川以及玉龙雪山白水河1号冰川采集的表雪样酸化后,利用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测试了常量元素Al、Fe与痕量元素As、Ba、Co、Cr、Cu、Li、Mn、Mo、Pb、Sr、Tl、Zn、Cd共15种元素的含量,通过Jonckheere-Terpstra非参数检验分析痕量元素空间分布趋势。结果表明：中部煤矿冰川和玉珠峰冰川浓度最高,南部古仁河口冰川和玉龙雪山最低,东北部3条冰川居中;本研究与其他研究区关于冰川As、Cu、Pb、Zn、Cd浓度对比的结果显示,青藏高原冰川中元素含量的空间分布总体趋势为：中部＞北部＞南部。富集因子分析表明,Co、Cr、Cu、Tl、Fe、Li、Mn、Mo、Sr元素主要受粉尘输入影响,Pb、Cd、Zn元素受人为源影响较大（例如有色金属冶炼、交通排放、化石燃料燃烧等）。后向轨迹结果表明,东北部3条冰川主要受东北和西北部地区影响;中部冰川元素来源复杂,以青藏高原西部和北部的粉尘输入为主,且受西部临近煤矿和交通运输影响;南部冰川主要受南亚和青藏高原西南部地区影响。研究成果将进一步丰富青藏高原雪冰痕量元素数据库,为评估人类活动对青藏高原大气环境的污染和水源区的潜在环境风险提供科学依据。     

北疆积雪中溶解性砷和汞的空间分布特征及来源分析

为了解北疆积雪中砷（As）和汞（Hg）的空间分布特征及来源,基于2018年1月在北疆地区58个采样点采集的积雪样品,采用原子荧光光谱法测定积雪中溶解性砷和汞的含量,用反距离加权插值法分析空间分布特征,并利用后向轨迹模型探讨了其来源。结果表明：积雪中溶解性砷和汞的浓度分别在0.21~2.69 μg?L^-1和5.32~64.09 ng?L^-1,均低于地表水I类水质标准限值,说明积雪中砷和汞元素污染较轻。反距离加权插值法分析表明,积雪中砷和汞污染物的空间分布存在差异性,其中准噶尔盆地和天山北坡地区的浓度分布较高。结合后向轨迹聚类分析结果,推断积雪中砷和汞污染物主要来自局地活动,周边国家气团远距离传输所产生的影响较小。研究结果可为评估北疆生态环境质量及区域污染防治提供科学支持。     

青藏高原东南部冰川雪冰重金属元素特征

雪冰可以很好地记录大气重金属元素的含量水平。基于2015年6月在青藏高原东南部（藏东南）地区采集的4条冰川的雪坑和表层雪冰样品,分析并讨论了雪冰重金属元素特征。结果显示,Pb、Cd等重金属元素含量与高原其他地区雪冰中一致,含量总体较低,显著低于天山和阿尔卑斯山雪冰中Pb和Cd含量,与格陵兰地区雪冰Pb和Cd含量大致相当,但显著高于南极地区雪冰中Pb和Cd含量,这表明藏东南雪冰中元素含量仍代表全球背景地区大气环境状况。元素富集因子结果显示,Pb、Cr、Cd、Cu、Zn、Mo、Sn等发生强烈富集（EFs>10）,而以地壳源为主的元素如Fe、Ti、Mn、Th等则富集较弱。主成分分析表明,不同重金属元素的污染来源存在差异;结合后向气团轨迹分析,推断藏东南地区雪冰元素含量不可避免地受到南亚地区人类活动排放污染物的显著影响。目前,藏东南地区冰川呈显著退缩状态,强烈的冰川消融可释放大量的重金属元素进入河流,可能对下游地区的人类生产生活以及生态系统产生重要影响。     

青藏高原南部枪勇冰川雪冰中痕量元素的组成特征及其环境意义

为了认识青藏高原南部雪冰中痕量元素的组成特征、背景含量水平以及人为污染的可能影响,利用高分辨电感耦合等离子体质谱仪首次对2009年4月19日采自枪勇冰川一个40 cm 雪坑中 Al、 Fe、 Ba、 Cd、Co、Cr、Cu、Li、Ni、Zn、Pb、Sb、Sr、U 和 V 共15个痕量元素的浓度进行了测试和研究.分析表明,不同痕量元素之间浓度变化很大,从 Cd 的0.004 ng/g 变化到 Fe 的8628 ng/g;同一痕量元素的浓度变化范围也较大,最大值/最小值从13(Cd)变化到94(Sr).研究表明,不同痕量元素记录反映了人类活动与自然活动的不同影响.对痕量元素地壳富集系数分析表明,岩石和土壤粉尘是 Ba、Fe、Sr、Co、Cr、V 和 U 的主要来源;而人为污染是枪勇冰川中 Pb、Zn、Cu、Li、Ni、Cd 和 Sb 的一个重要来源.对比研究表明,无论是以粉尘源为主要来源的痕量元素,还是以人为源为主要来源的痕量元素,它们的浓度明显高于中亚有关地区冰川中痕量元素的浓度,更远远地高于格陵兰和南极雪冰中的相应浓度,揭示了该地区大气中痕量元素受到粉尘和人为源污染物带来的显著影响     

新疆大～暴雪气候特征及其水汽分析

应用新疆北部和天山山区50个气象站1961-2002年11月1日至翌年4月15日经过整编的逐日降水量资料,通过统计和诊断分析,揭示了新疆牧区大～暴雪过程的时、空分布特征和年际变化,初步分析了2000-2001年冬季特大雪灾的成因,并选取典型个例分析了新疆暴雪的水汽来源和特征.结果表明:1)有4个大～暴雪过程高频区,即阿勒泰地区、塔城盆地、伊犁河谷、乌苏到木垒的天山北坡一带及天山中部的中山带;前3个区域大～暴雪过程前冬达50%以上,其次为春季和隆冬;天山北坡前冬和春季相当,约为43%左右;2)阿勒泰地区、伊犁河谷和天山北坡大～暴雪过程呈显著的线性增多趋势,增长率分别为0.3次·(10a)^-1、0.7次·(10a)^-1和0.5次·(10a)^-1;3)大～暴雪过程异常偏少和偏少年在20世纪80年代以前,异常偏多和偏多年在20世纪80年代以后,主要在90年代以后;4)由于环流持续3个月的异常,冷空气活动频繁,多次降雪过程导致2000-2001年冬季特大雪灾.冬季降雪水汽由大气环流决定,北方冷空气、中纬西风和较低纬度的西南风带来的水汽均可以影响新疆,700hPa与850hPa的水汽输送相当,500hPa的西方和南方水汽输送也不可忽视.     

1979-2020年天山地区积雪量估算及其特征分析北大核心CSCD

积雪作为干旱区的重要水源,深刻影响区域水资源及经济发展。决定积雪量的积雪深度、积雪面积和积雪密度在时空分布上存在不确定性,尤其是积雪密度难以获取。本文利用FY-3B/MWRI(Fengyun3B Microwave Radiation Imager)数据反演积雪密度,结合1979-2020年长时间序列遥感雪深数据集,对天山地区40多年来积雪期(11月-次年3月)及其不同时期(积累期、稳定期、消融期)的积雪量进行估算,并分析其时空分布及与地形、气象等因子之间的关系。结果表明:1979-2020年,天山地区积雪期不同时期积雪量存在差异,稳定期积雪量最大,消融期次之,积累期最小。研究时段内,积雪期积雪量最大值出现在1979年,最小值出现在1998年,积雪期积雪量呈微弱的下降趋势,消融期积雪量下降趋势显著。多年平均积雪量空间格局与积雪深度和积雪密度基本一致,主要呈现为西北多东南少的特点。天山地区积雪量空间分布主要受海拔、坡度影响,积雪量与海拔正相关,海拔越高,积雪量越丰富;在15°以下时,坡度对积雪的影响较大,且坡度越大,积雪量越大。不同时期积雪量的多年变化与气温关系密切,在一定温度范围内,气温越低,积雪量越大;稳定期积雪量变化同时受积累期降水影响,积累期降水越多,稳定期积雪量越大。本文基于遥感积雪深度和密度的天山积雪量研究结果,可供气候变化条件下新疆水资源利用和经济发展参考。     

基于灾情数据的新疆雪灾的评估与区划

选取1955-2017年新疆因雪灾造成的牲畜受灾数量、作物受灾面积、经济损失三大灾情数据,揭示新疆雪灾时间和空间分布特征,通过构建雪灾灾损指数,对新疆雪灾进行区划。分析表明：新疆雪灾的发生北疆多于南疆,山区多于盆地,西部多于东部,主要集中发生在阿尔泰山区、天山山区及昆仑山区,灾情最重的是阿勒泰地区、伊犁地区、塔城地区;进入2000年以后,雪灾呈现明显高位震荡特点;利用多指标综合评估法,运用连续型随机变量分布密度近似求法,求得的新疆雪灾灾损指数,能客观反映新疆雪灾灾情;雪灾灾损指数遵从Γ分布,根据Γ分布函数属性及各类雪灾事件发生概率,进行了新疆雪灾等级区划。研究成果可为决策服务及气候可行性论证提供理论依据,对科学准确地制定防灾备灾措施、及时组织开展雪灾应急救助工作以及灾后的恢复重建决策给予一定参考。     

基于MODIS数据的北疆积雪黑碳和雪粒径反演及时空变化分析

积雪是地球上反射率较高的自然表面,对于中高纬度地区的水文和能量收支平衡发挥着重要作用。表层积雪中的黑碳和雪粒径变化可以显著影响积雪反照率,造成积雪对太阳辐射吸收的变化,进而对区域气候变化和水文循环产生反馈作用。利用遥感技术对季节性积雪表层黑碳和雪粒径进行定量评估,可以获取时空上连续系统的雪表黑碳浓度和雪粒径变化情况,这也是许多气候和水文模型的输入因子。以中国主要季节性积雪区北疆为研究区,基于MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）数据的3（0.47 μm）、2（0.86 μm）和5（1.24 μm）波段,采用SGSP（Snow Grain Size and Pollution Amount）算法反演2000-2018年积雪期的雪表黑碳浓度和雪粒径,并结合地面观测数据对于反演结果进行了精度验证,综合分析北疆雪表黑碳浓度和雪粒径时空变化趋势。结果显示,SGSP算法能够同时反演雪表黑碳浓度和雪粒径,并且验证结果表明纯雪像元上反演结果具有较好的精度;2000-2018年北疆雪表年均黑碳浓度和年均雪粒径都随时间变化呈现微弱下降趋势;受地理位置和局部污染源的影响,北疆积雪黑碳浓度空间分布复杂,天山北坡经济带平均黑碳浓度最高,伊犁地区平均黑碳浓度最低,雪粒径的空间分布显示塔城地区平均雪粒径最大,伊犁地区最小。     

我国新疆北部地区雪面雨日数时空变化特征分析

在全球变化背景下,雪面雨发生频次增加,致灾风险加大,认识雪面雨时空变化特征对于防洪减灾具有重要意义。基于我国新疆北部地区42个国家气象站1960—2015年逐日气温、降水、雪深、天气现象等气象观测数据,制定降水类型、地面状态、雪深等共同判定雪面雨事件的参数化方案,进而分析新疆北部地区雪面雨日数时空变化特征及其与气温、海拔的关系。结果表明：近56 a来新疆北部地区雪面雨日数以0.3 d·（10a）^-1的速率呈缓慢增加趋势;空间分布上,新疆北部地区雪面雨主要集中于塔城北部、伊犁河谷、乌鲁木齐河源地区,其中塔城裕民县最多,年平均雪面雨日数12.2 d;相关分析显示雪面雨日数及雪面雨量均与海拔呈显著正相关。该研究有望提升对新疆干旱区雪面雨事件这一诱发雨雪混合洪水重要现象的科学认识,为新疆地区致灾洪水过程分析以及洪水监测预警提供参考。     

基于CMIP6气候模式的新疆积雪深度时空格局研究

积雪深度的变化对地表水热平衡起着至关重要的作用。选用了国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）中目前情景比较齐全的五个全球气候模式,通过对比新疆地区1979—2014年积雪深度长时间序列数据集,评估了气候模式在新疆地区模拟积雪深度的模拟能力,接着预估了未来不同SSPs-RCPs情景下新疆地区在2021—2040年（近期）、2041—2060年（中期）、2081—2100年（末期）相对于基准期（1995—2014年）的积雪深度变化。气温和降水对积雪深度变化有着重要的影响,因此还分析了新疆地区到21世纪末期气温和降水的变化趋势。结果表明：订正后的气候模式模拟的积雪深度数据与观测数据的相关系数均达到0.8以上,其中1月至3月与观测数据的结果更为吻合。气候模式基本上能够反映积雪深度年内变化的基本特征,气候模式模拟的积雪深度空间分布和观测数据具有相似的特征。气温和降水在未来不同情景下均会波动上升,其中气温的增幅相对比较明显,达0.43 ℃·（10a）^-1,而降水的增幅为0.63 mm·（10a）^-1,新疆未来的气候总体上呈现出变暖变湿的趋势。新疆地区的平均积雪深度在未来不同时期相对基准期均呈增加的趋势。SSP1-1.9情景下,21世纪近期、中期和末期北部大部分地区的积雪深度将会有所增加;SSP1-2.6情景下,北部阿尔泰山地区的积雪深度在21世纪近期有所减小,但中期和末期将会有所增加;SSP2-4.5情景下,21世纪不同时期东部地区的积雪深度将会有所增加,北部和中部大部分地区在不同时期积雪深度将会变小;SSP3-7.0情景下,21世纪不同时期北部和西南地区的积雪深度将会普遍变小,东部地区的积雪深度将普遍增加;SSP4-3.4和SSP4-6.0情景下,21世纪不同时期西南昆仑山地区的积雪深度将会普遍变小,东部地区的积雪深度将普遍增加;SSP5-8.5情景下,北部阿尔泰山地区和东部地区的积雪深度将普遍增加。     

基于2001—2015年遥感数据的天山山区雪线监测及分析

基于2001—2015年MOD10A1/MYD10A1、MOD13Q1以及相关气象数据,采用积雪持续时间比率法,监测了天山山区的季节雪线高程,分析了其变化特征及影响因子。结果表明:①近15年天山山区雪线整体呈显著上升趋势,平均高程3 680 m左右,其中,北坡、伊犁河谷、南坡季节雪线的稳定性依次减弱,平均高程分别为3 620 m、3 390 m及3 820 m;空间上雪线高程呈现南高北低、东高西低的纬度地带性分布特点。②年际尺度上,气温是影响天山山区雪线高程的主控因素,呈显著正相关,南北坡与之相同,但伊犁河谷则降水是影响其变化的主控因素,呈显著负相关;季节尺度上,夏季气温、冬季降水是影响雪线高程的主控因素,降水与其呈负相关,但气温较高的地区,夏秋季降水会促进积雪融化,使雪线高程上升;月尺度上,7月气温、1月降水对其影响最明显,且存在一定的滞后反应。③天山山区雪线高程比零度层低800 m左右,两者呈较好正相关;雪线高程与NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）呈负相关,植被覆盖较好区域,同年NDVI与雪线高程相关性较好,植被覆盖较差区域,前一年NDVI与其相关性较好。     

Restriction function of lithology and its composite structure to deformation and failure of mining coal seam floor

We examined spatial distribution characteristics of extreme hydrological events in Xinjiang, China, using district data from 1901 to 2010. Frequency distribution showed a general symmetry along the Tianshan Mountains, with even distribution in Junggar Basin and Tarim Basin. Frequency was more in the north-west than in the south-east. The maximum incidence was in west Tianshan Mountains and generally decreased south-eastward. There were significant regional variations in type distribution. Rainstorm floods were more common in central Xinjiang. Hailstorms mainly occurred in the central Junggar Basin, the southern slope of the western Tianshan Mountains and north-west of Tarim Basin. Debris flow was mainly distributed in Ili Valley and the central northern Tianshan Mountains. Glacier lake outburst floods were more common in the Karakorum Mountains and southern slopes of the western Tianshan Mountains. Ice floods were mainly distributed in the western Tianshan Mountains. Snow hazards were mainly distributed in the wide northern areas, especially the Altai Mountains and Hamilton Basin. Snowmelt floods were mainly distributed in the Tacheng Basin and Ili Valley. The incidence of extreme hydrological events was greatly affected by weather systems and terrain features.