东北地区积雪反照率特性

利用2017年12月至2018年3月在东北地区获取的82个观测点的积雪反照率数据,从积雪反照率的时序差异、空间特点、影响因素三个方面开展了积雪反照率时空特点研究。结果表明：（1）在时间上,随着积雪积累时间的增加,积雪反照率逐渐降低,最大下降速率为0.003 d^-1。（2）在空间上,积雪反照率在东西方向差异显著,大兴安岭东西两侧地区的积雪反照率均值分别为0.679和0.751;在同一地区内,积雪反照率在雪表层含水量、雪粒径等因素影响下也存在一定差异,大兴安岭西侧地区的积雪反照率北低南高,大兴安岭东侧地区的积雪反照率北高南低。（3）耕地上的农作物留茬对积雪反照率影响较大,短时间内天气变化对积雪反照率影响较小。     

1993—2002年中国积雪水资源时空分布与变化特征

利用1993—2002年SSM/I被动微波逐日积雪深度反演结果,研究了我国积雪水资源的分布与变化.结果表明:积雪储量近10a来没有明显的减少或增加趋势,但是存在年际间的波动;我国冬季积雪储量主要分布在东北、北疆、青藏高原东部和其边缘地区,以及华北地区;东北、北疆和青藏高原地区为我国的稳定积雪地区;青藏高原地区积雪储量小于东北地区,但年积雪日数大于东北地区.近10a最大积雪水资源量平均约为102.79km³,其中最大年份为1999/2000年度,约为131.34km³.     

祁连山区MODIS积雪反照率产品的精度验证及云下积雪反照率估算研究

积雪反照率在全球气候和能量收支平衡模型中起着重要的作用. 利用祁连山地区大冬树垭口站点反照率实测数据对由TM/ETM+得到的反照率数据进行标定, 然后将TM/ETM+反照率数据通过升尺度对MODIS逐日积雪反照率(SAD)产品在晴空条件下的精度进行了验证. 同时, 发展了一个基于MODIS SAD与AMSR-E SWE数据融合并结合Noah积雪反照率参数化方案估算MODIS SAD数据云下积雪反照率的算法, 通过统计分析纠正了云对积雪反照率的影响, 对云下积雪反照率进行了验证分析. 结果表明:MODIS SAD产品在祁连山地区的精度要低于大面积积雪覆盖的平坦地区(如格陵兰岛), 其平均绝对误差及均方根误差分别为0.0548和0.0727; 云下积雪反照率估算方法可以有效地获取云覆盖下积雪像元的反照率值, 纠正后的无云MODIS SAD数据与地面观测值有较好的一致性, 其平均绝对误差为0.078.     

辽宁省积雪对自动气象站观测地气温差的影响

利用1971—2016年辽宁省61个气象站气温、地表温度、积雪日数和积雪深度资料,分析了积雪的保温作用及其对地气温差的影响。结果表明：更换自动站前后地表温度观测方式的差异导致地气温差显著增大,地气温差的增大程度受所在区域积雪日数、积雪深度的影响显著。在积雪期较长、积雪较厚的地区,积雪引起反照率增大,使得雪面温度降低,导致雪气温差减小,而雪的保温作用使得地气温差显著增大。因此,更换自动站前地（雪）气温差与积雪日数呈显著负相关,而更换自动站后地气温差与积雪日数呈显著正相关。各台站之间地气温差随积雪深度的变化系数差异较大,为0.045~0.858 ℃?cm^-1,在年平均积雪日数＜40 d、年平均极端积雪深度＜10 cm的区域,积雪的保温作用随积雪深度增大而显著增大;在年平均积雪日数＞40 d、年平均极端积雪深度＞10 cm的区域,10 cm以下的积雪对土壤保温作用随积雪深度增大显著,当积雪深度＞10 cm后,其保温作用随积雪深度增大的幅度明显减小。     

BATS-SAST模式对积雪深度的模拟试验与改进

利用BATS-SAST模式对加拿大Sk-OJP森林站2001/2002,2002/2003,2003/2004年度及Sk_HarvestJP空旷站2003/2004年度4个积雪季节进行模拟.针对Sk-OJP森林站积雪深度模拟偏小的不足,在长波辐射及降水量的计算方案中考虑透过冠层的部分;考虑由雨、雪密度不同引起冠层上单位面积截留量的变化以及风速和冠层温度对冠层积雪卸载过程的影响,对冠层截留模型进行了改进.针对Sk_HarvestJP空旷站积雪深度模拟偏大的不足,对地表积雪覆盖率的计算方案进行了调整.结果表明:模式能够对2种不同下垫面积雪变化过程做出合理描述;调整后的模式对Sk_OJP森林站积雪深度模拟增加;新冠层截留模型通过改变冠层截留量来影响冠层下积雪深度的变化,积雪深度的模拟在融化阶段改进最为显著;调整后的模式对Sk_HarvestJP空旷站积雪覆盖率模拟变小,由于积雪覆盖率与地表反照率之间存在着正反馈关系,地面接收的太阳辐射增大,积雪深度的模拟变小.     

青藏高原唐古拉地区暖季土壤水分对地表反照率及其土壤热参数的影响

为了研究青藏高原暖季土壤水分对冻土区地表热状况的影响,选取2010-2012年5-9月在青藏高原唐古拉气象场获取的气象及其活动层数据,分析了表层土壤水分对地表反照率以及土壤热参数的影响.结果表明：唐古拉站暖季表层土壤含水量集中在0.15～0.27之间,地表反照率值集中在0.14～0.24之间,日平均土壤热导率的波动范围在0.9～2.0 W·m^-1·K^-1之间,土壤热容的波动范围主要集中在0.8×10⁶～1.8×10⁶ J·m^-3·K^-1之间,而土壤热扩散率则主要集中在0.6×10^-6～2.2×10^-6 m2·s^-1之间.土壤水分对地表反照率影响较大,随着土壤水分的增长,地表反照率呈现出明显的减小趋势.土壤水分对地表反照率的影响还受到植被生长周期的影响,土壤水分和地表反照率之间的关系在植被枯萎期和生长期有明显的差异性.唐古拉地区土壤热参数也明显受到土壤水分变化的影响,随着土壤水分的增加,土壤热导率、热容和热扩散率都为增大趋势,但是土壤水分对土壤热导率的影响较为显著,而对土壤热扩散率的影响则不显著.     

基于MODIS数据的青藏高原冰川反照率时空分布及变化研究

冰川反照率对冰川融化具有重要影响,以2000-2013年MODIS的MOD10A1逐日积雪反照率数据资料为基础,分析了青藏高原冰川反照率的时空分布及变化。结果表明：冰川年平均反照率变化范围是0.42（枪勇冰川）~0.75（PT5冰川）,其中夏季平均反照率变化范围是0.45（来古冰川）~0.69（东绒布冰川和古里雅冰川）。冰川反照率空间分布并没有明显的规律性,而冰川反照率的变化速率空间分布规律明显——南部较大往北减小,北部反照率出现增大现象。研究区内大部分冰川反照率呈波动降低的趋势,年平均反照率和夏季平均反照率变化速率最大值都出现在枪勇冰川,分别是-0.015 a^-1和-0.019 a^-1。木吉和木孜塔格冰川年平均和夏季平均冰川反照率都增大,木吉冰川是由于2012年的高反照率引起的,而木孜塔格冰川主要与该地区气温降低、降水增多有关。     

1980—2020年青藏高原积雪时空变化特征

青藏高原是气候变化的敏感区,其积雪在区域水文循环和气候系统中具有重要作用。本文利用1980—2020年逐日无云积雪覆盖遥感数据,分析了该地区近40年的积雪面积、积雪覆盖日数的分布特征和变化趋势。结果表明：青藏高原地区积雪分布具有明显的空间分异和垂直地带性分布特征,阿姆河流域、印度河流域、塔里木盆地、恒河流域、怒江流域和雅鲁藏布江流域的高海拔山区是积雪广泛分布的地区。在水文年内,高原地区积雪覆盖率呈单峰变化,8月上旬积雪面积最小,1月中下旬达到最大,分别占高原总面积的5.2%和38.6%;40年间,高原地区平均积雪面积以3.9×10⁴ km²·(10a)^-1的趋势显著减少(P<0.05);积雪覆盖日数以0.47 d·a^-1的趋势显著减少,高原71.4%的区域积雪覆盖日数呈减少趋势,呈显著减少的区域约占55.3%;17.1%的区域积雪覆盖日数呈显著增加趋势,且主要分布在5 200 m以上的高海拔山区,在海拔5 200～5 900 m之间的区域,积雪覆盖日数的增加率随海拔升高而增加。     

基于SSM/I和MODIS数据的天山山区积雪深度时空特征分析

以天山山区为研究区,利用MODIS 8d最大积雪合成数据MOD10A2,分析天山山区积雪的时间变化和空间变化情况以及不同高程带的积雪覆盖率的变化情况;结合SSM/I亮温数据和站点观测数据建立的雪深反演模型并反演研究区的雪深,根据研究区的地势起伏情况,提取特殊地形进行分析其雪深变化情况,进一步分析整个天山山区的积雪深度的时空特征,并对结果进行验证,并且对不同高程带的积雪深度进行分析.研究结果表明:1)天山山区积雪面积分布的趋势表现为自西向东、自北向南减少,总体是呈波动中减少的趋势,到了2012年天山山区年最大积雪面积为37.69×10⁴ km².2)积雪覆盖率与高程呈正比,在高山区可达70%以上.积雪深度分布呈自西向东、由北向南减少,深度最大的是在天山北部的博格达峰、河源峰附近,可以达到80 cm以上,最小在哈密地区的托木尔提峰附近积雪深度仅在10 cm左右.积雪深度与海拔呈正相关,最大雪深出现在4500 m以上的高山区.3)对雪深反演结果的精度评价表明,模型在10~30 cm雪深范围内,反演平均误差为-2.47 cm;在雪深<10 cm或>30 cm的局部地区存在较大偏差.     

1979-2014年东北地区雪深时空变化与大气环流的关系

基于被动微波遥感反演的雪深数据集（1979-2014年）,利用Mann-Kendall检验、R/S分析、相关分析和小波分析等方法研究了东北地区雪深时空变化特征及其与大气环流的关系。结果表明：1979-2014年,东北地区年均雪深总体呈减小趋势,减小速率为-0.084 cm·（10a）^-1。其中,春季雪深减小速率最大,为-0.19 cm·（10a）^-1（P<0.05）,其次是冬季[-0.17 cm·（10a）^-1],而秋季雪深减小速率最小,仅为-0.05 cm·（10a）^-1。空间上,平原区（东北平原和三江平原）与少部分高原区（呼伦贝尔高原西南部）年均雪深呈增大趋势,山地（大、小兴安岭和长白山）与高原大部（内蒙古高原）雪深呈减小趋势,而且雪深增大区域的面积和变化速率均小于雪深减小的地区。东北地区年均雪深变化的Hurst指数为0.85,表明雪深未来减小的持续性很强;同时雪深变化具有22 a的主周期。春秋季雪深变化与东亚槽强度及北半球极涡面积呈显著负相关性,而冬季雪深与北半球副高强度关系密切。     

冰雪反照率研究进展

冰雪反照率在地气能量平衡中起重要作用,其大小取决于两个方面,即冰雪面的反射属性以及大气或天空的状况.因此,影响冰雪反照率的因素除其自身的物理属性如积雪粒径、密度、含水量、杂质和污化程度等外,云对冰雪反照率也产生影响,从而使冰雪的反照率呈现出日变化、季节变化和空间变化规律.最后,评述了利用数值模式及卫星遥感反演方法对冰雪反照率的相关研究进展.     

单颗粒黑碳光度计在青藏高原雪冰样品分析中的应用

大气中的黑碳主要由化石燃料以及生物质燃料不完全燃烧产生， 经由传输以及沉降等过程， 可到达并沉积于偏远地区的雪冰表面。相对于洁净的雪表， 较暗的黑碳可吸收更多的太阳辐射， 导致雪表反照率降低， 加速冰雪消融， 进而对区域气候环境产生重要影响。青藏高原的环境脆弱而敏感， 是全球气候变化的驱动机与放大器。根据青藏高原山地冰川雪冰样品矿物杂质多、 浓度变化大的特点， 优化了雪冰单颗粒黑碳光度计（Single Particle Soot Photometer， SP2）分析方法， 制定了规范详细的实验步骤， 评估了样品储存和分样、 进样方式、 样品稀释等过程对测量结果的影响， 并用该方法对研究区域的季节积雪及雪坑样品进行检测。结果表明： 青藏高原雪冰中黑碳浓度在0.21~47.96 ng·mL^-1之间， 平均值6.69 ng·mL^-1。测样过程中连续测定胶体石墨标样， 校正后的回收率在75%以上。因此， 优化的SP2方法能够获得青藏高原雪冰中准确可靠的黑碳含量信息， 对利用雪冰介质重建黑碳的历史变化过程， 进而准确评估其对气候环境的影响程度， 具有重要意义。     

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。     

祁连山老虎沟流域春季积雪属性的分布及变化特征

利用祁连山老虎沟流域布设的花杆观测了该区春季积雪的属性(深度、 表面反射率、 密度及含水量、 粒径), 并结合自动气象站上的积雪深度和反照率数据, 对研究区春季积雪属性的分布及变化特征进行了观测和分析. 结果表明: 流域内积雪分布很不均一, 在阴坡雪深大, 阳坡雪深小; 在不同海拔上, 雪深随海拔有增高的趋势; 不同类型、 不同表面粗糙度、 不同密度、 不同含水率的积雪反射率不同, 不同地物的反射率也不同; 积雪剖面中逆温层结的形成与表面温度、 雪深有密切关系, 在一天内新降雪的密度及含水率随时间的变化具有较好的一致性.     

南方冬季湿雪的光谱特征分析

使用FieldSpec4便携式地物光谱仪获取了南京地区冬季湿雪的光谱数据, 并从太阳高度角、坡度、坡向、下垫面及混合雪几个方面进行了分析. 结果表明: 积雪的反射率在可见光区变化平稳, 在近红外区下降迅速, 1 020 nm、1 250 nm附近是积雪反射率的吸收区; 湿雪状态下, 太阳高度角增大的同时积雪反射率逐渐降低, 而在水湿雪状态下太阳高度角对反射率影响减弱, 积雪含水率成为其变化的主要影响因素; 积雪反射率随着坡度的增大而增大; 积雪在朝阳坡的反射率远高于背阴坡, 背阴坡积雪反射率在可见光谱区受影响较大; 当积雪厚度达到一定值后下垫面的差异对反射率影响有限, 否则会对反射率产生较大影响; 在可见光波段纯雪反射率最高, 近红外波段植被/积雪混合反射率最高, 林下雪的光谱反射率较低. 南京地区湿雪光谱测量和分析对了解南方湿雪光谱特性和变化规律, 以及对于积雪定量遥感及其参数反演具有重要意义.     

珠穆朗玛峰北坡海拔6523m辐射平衡观测结果分析

利用2005年5月1日至7月22日在东绒布冰川海拔6523m的若普拉垭口架设的自动气象站获得的各辐射参数资料,分析了该地区总辐射、地面反射辐射、地面长波辐射、天空长波辐射的日平均变化和平均日变化,并计算了反射率和辐射平衡.结果表明:1)短波辐射的平均日变化都随着太阳高度角的增大而加强,并且总辐射和地面反射辐射的日平均变化有很好的相关性,观测期间二者的月平均值都在5月份最大.由于垭口新降雪较多,雪面的反射率也很高;2)天空长波辐射的平均日变化比地面长波辐射变化滞后2 h,且其日平均变化幅度比地面长波辐射的变化幅度大;3)净辐射的平均日变化随着太阳高度角的变化而变化,下午14:00时净辐射最大,其日平均变化在观测期间整体上有增大趋势.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川消融期反照率特征

消融期冰川反照率特征研究对于深入理解冰川消融过程及其对气候变化的响应机理具有重要意义。利用Landsat卫星影像反演反照率数据,MODIS逐日反照率产品数据以及野外观测反照率数据,分析了天山乌鲁木齐河源1号冰川2016年消融期（5—8月）反照率时空变化特征。研究表明：消融早期,冰川反照率空间变化不明显;消融中后期,总体上呈现随海拔的升高而增大的趋势,在平衡线附近增速最快。消融期冰川反照率整体呈下降趋势,而且在6—7月份变化最为剧烈。平衡线附近反照率时间变化尤其显著,积累区次之,消融区最弱。冰川反照率的时空变化主要由冰面特征决定。气温和固态降水是其驱动因素。冰川反照率随气温的升高而降低,但固态降水会打破其随气温的变化趋势,引起反照率的增加。污化物显著降低冰面反照率,尤其在可见光波段（380~760 nm）。此外,即使冰面特征相对均一,反照率还呈现随太阳入射角的增大而增大的趋势,主要由冰川局部地形（坡度与坡向）差异所致。     

青藏高原唐古拉山多年冻土区夏、秋季节总辐射和地表反照率特征分析

根据青藏高原唐古拉山多年冻土区2005年6月24日~10月16日的总辐射、分光辐射和分光反照率观测资料,利用总辐射和大气层顶太阳辐射的比值——日有效透射率T_eff,用聚类分析法将资料划分为晴天、多云和阴天三类天气,分析了该地区夏、秋季节总辐射、分光辐射比例和分光反照率的日变化和季节变化规律.结果表明,夏季总辐射与大气层顶的差值和日际变化幅度最大,秋季以后这种差值和日际变化幅度减小.天空状况对分光辐射比例和地表反照率均有影响,表现为近红外辐射比例晴天比阴天大,可见光比例晴天比阴天小,各波段反照率晴天均比阴天大.反照率在夏季最低,秋季较高,反照率的日变化有依存分光辐射比例的关系,这大致可以解释地表反照率依存太阳高度角而变化的现象.无积雪地面反照率近红外波段大于可见光波段,地表有积雪时,反照率明显不同,其可见光波段反照率大于近红外波段反照率.功率谱分析表明,日有效透射率T_eff存在着2~3 d的周期,它是该地区天气系统活动影响太阳辐射收入的一个反映,指示出唐古拉山地区天气系统亦有2~3 d的周期性.