2001-2017年祁连山积雪面积时空变化特征

科学监测祁连山积雪面积及变化特征对该区域气候研究、雪水资源开发利用、环境灾害预报及生态环境保护等具有重要意义。基于2001—2017年MOD10A2积雪产品和气象数据，分析祁连山积雪面积动态变化特征及与气温降水关系。结果显示：（1）2001—2017年祁连山积雪面积年际波动趋势较大，呈减小趋势，多年平均积雪面积约为5x104 km2，占祁连山总面积的25.9%；年内变化成 “M”型，即在一个积雪年中有两个波峰和波谷，波峰出现在11月和1月，波谷出现在7月；季节变化波动趋势较大，夏冬季积雪面积减小趋势大于春季，秋季呈现略微增加趋势。（2）祁连山区积雪面积主要分布在3 000~4 000 m及4 000~5 000 m，积雪覆盖率随着海拔上升呈现逐渐增大的趋势；祁连山区不同坡向积雪覆盖面积差异较大，积雪覆盖率差异较小；积雪频率高值区呈典型的条带状分布，与祁连山地形相一致，呈西北-东南分布，积雪频率高值区的分布西部大于东部。（3）初步分析认为祁连山积雪面积变化对气温要素更敏感。     

2002—2018年叶尔羌河流域积雪时空变化研究

积雪是冰冻圈中较为活跃的因子,对气候环境变化敏感,其变化影响着全球气候和水文的变化。积雪覆盖日数(SCD)、降雪开始时间(SCOD)和融雪开始时间(SCMD)是影响地表物质和能量平衡的主要因素。使用MODIS无云积雪产品提取了叶尔羌河流域2002年7月-2018年6月逐日积雪覆盖率(SCP),基于像元计算了SCD、SCOD和SCMD,系统地分析了其空间分布与变化特征,并探讨了其变化的原因及积雪面积的异常变化与ENSO的联系。结果表明:(1)研究时段内,流域的积雪覆盖面积呈微弱减少趋势,与气温呈显著负相关,与降水呈显著正相关;2002-2018年,SCP随海拔的升高呈明显的线性增加趋势(R2=0.92、P<0.01));各海拔高度带最大SCP出现的月份大致随海拔的上升往后推迟,最小SCP出现月份无显著变化(集中在8月),海拔4000 m以下,春季的SCP小于冬季,海拔4000 m以上,春季的SCP大于冬季。(2)SCD、SCOD和SCMD有明显的海拔梯度,在流域内,从东北至西南,呈现出SCD增加,SCOD提前,SCMD推迟的特征;变化趋势上,流域91.9%的区域SCD表现为减少,65.6%的区域SCOD有往后推迟的趋势,77.4%的区域SCMD表现出提前的趋势。(3)2006、2008年和2017年积雪覆盖面积异常偏大,而在2010年则异常偏小,其原因可能是ENSO影响了积雪的变化。(4)以喀喇昆仑为主的高海拔地区,包括帕米尔高原东部的部分地区,其SCD、SCOD和SCMD分别表现出增加、提前和推迟的趋势,这种变化与其春秋温度的持续走低以及降水量的增加有关。     

增温增湿环境下天山山区降雪量变化

基于APHRO’s气温和降水数据集,运用气温阈值模型,分析了1961~2015年间天山山区降雪量变化特征。研究表明,自1961年以来,天山山区升温趋势显著,速率为0.027℃/a,且冬半年的升温速度大于夏半年。同时,3 000 m海拔以上区域的平均气温上升到0℃左右。冬季降水的增加速率为0.42 mm/a（P<0.01）,春季和夏季的降水量呈减少趋势。降雪量变化时空差异显著,3 000 m海拔以上区域降雪随气温的升高而增加,而3 000 m以下区域降雪随气温的升高而减少。最大降雪量气温是控制降雪变化的关键因子,当平均气温低于最大降雪量气温时,随气温升高降雪量呈增加趋势;当平均气温高于最大降雪量气温时,随气温升高降雪量呈减少趋势。     

基于MODIS数据的2000-2013年西昆仑山玉龙喀什河流域积雪面积变化

利用两种卫星影像合成并引入冰川积雪区的方法,对西昆仑山玉龙喀什河流域2000-2013 年MOD10A2积雪数据进行去云处理,分析不同海拔高度积雪的年内和年际变化特征及趋势,结合气象要素,分析其分布变化原因。结果表明：① 低山区（1650-4000 m）积雪年内变化为单峰型,补给期为冬季,而高山区（4000~6000 m）存在“平缓型”春季补给期和“尖峰型”秋季补给期两个峰值;② 就年际变化而言,低、高山区平均、最大积雪面积呈微弱增加趋势,高山区最小积雪面积显著增加,倾向率为65.877 km²/a;③ 就季节变化而言,春、夏、冬三季低、高山区积雪面积年际变化呈“增加—减少—增加”趋势,秋季高山区积雪面积则呈“增加—减少”趋势,而低山区积雪面积在2009 和2010 年异常偏大,其他年份面积变化不大;④ 在低山区,气温是影响春、夏两季积雪面积变化的主因,气温和降水对秋季积雪面积变化的影响相当,而冬季积雪面积变化对降水更敏感;在高山区,夏季积雪面积变化对气温更敏感,而冬、春季积雪面积变化主要受降水影响。     

2001—2020年三江源地区积雪日数变化及地形分异

基于积雪面积逐日无云遥感产品和气象观测资料,分析了2001—2020年三江源地区积雪日数的水平、垂直分布特征及变化规律,并对积雪日数与气温和降水量进行了相关分析。结果表明：（1） 2001—2020年三江源地区积雪日数呈西高东低,高海拔山脉大于盆地平原的分布格局,高海拔山脉地区积雪日数均值普遍大于200 d,85.48%的区域积雪日数呈波动增加趋势,显著增加区域占比为16.59%,平均增加速率为0.98 d·a^-1。（2） 积雪日数及其变化趋势存在明显的海拔和坡向分异,积雪日数随海拔上升呈指数型增加,较低海拔（<3.0 km）区域积雪日数少、呈减少趋势且减少速率随海拔高度上升而加快;高海拔区域积雪日数较多且呈增多趋势,但海拔大于4.4 km后积雪日数增多速率随海拔上升而减缓,且5.5~6.0 km地区积雪日数呈减少趋势,高海拔地区积雪日数存在一定程度的“海拔依赖性”。积雪日数北坡大于南坡、西坡大于东坡,西北坡积雪日数最多,为78.30 d,不同坡向的积雪日数均呈增多趋势,其中西坡的增多速率最快,达1.04 d·a^-1。（3） 近20 a三江源地区明显的“暖湿化”气候特征是影响积雪日数变化的主要原因,其中降水量是主要驱动因素,积雪日数增多与降水量增加密切相关,且高海拔地区积雪日数对降水量的依赖性更强。     

基于MODIS数据的蒙古高原积雪时空变化研究

利用Terra卫星和Aqua卫星提供的2002年9月1日~2017年5月31日每日积雪覆盖产品MOD10C1和MYD10C1，提取蒙古高原积雪日数、积雪面积、积雪初日及积雪终日信息，得到蒙古高原积雪特征分布和变化趋势，同时，结合蒙古高原108个地面气象观测站的气温资料，分析研究区积雪变化特征和气温的关系。结果表明：（1）蒙古高原平均积雪日数在60～90 d之间，积雪初日主要分布在315～335 d之间，积雪终日大多集中在31～61 d之间，蒙古高原东部地区积雪初日有明显的提前趋势，西南地区积雪终日有明显的提前趋势。（2）积雪面积在积雪季内呈 “单峰型”，1月份为积雪面积最大月，年均积雪面积呈微弱的下降趋势。（3）最大积雪覆盖面积与温度具有明显的相关性，稳定积雪覆盖区的临界温度大概介于-11~-8 ℃之间。（4）温度是影响积雪特征变化的重要因素。     

基于MODIS积雪产品的高亚洲融雪末期雪线高度遥感监测

以2001—2016年逐日MODIS积雪产品为主要数据源,在高亚洲区域发展了大尺度融雪末期雪线高度的遥感提取方法,并对其2001—2016年的时空变化特征进行了分析。提取方法首先对逐日的MODIS积雪覆盖率产品进行去云处理,获得积雪覆盖日数（SCD）数据集;并用冰川年物质平衡观测数据、融雪末期Landsat数据对提取终年积雪的MODIS SCD阈值进行率定;最后以MODIS SCD提取的终年积雪面积结合地形“面积—高程”曲线实现大尺度融雪末期雪线高度信息的提取。结果表明：① 高亚洲融雪末期雪线高度的空间异质性较强,总体上呈南高北低的纬度地带性分布规律;并因受山体效应的影响,雪线高度由高海拔地区向四周呈环形逐渐降低的特点。② 高亚洲2001—2016年融雪末期雪线高度总体上表现为明显的增加趋势。在744个30 km的监测格网中,24.2%的格网雪线高度呈显著增加,而仅0.9%的格网呈显著下降。除兴都库什、西喜马拉雅外,其他地区雪线高度均表现为升高趋势,显著上升的地区主要分布在天山、喜马拉雅中东部和念青唐古拉山等,其中以东喜马拉雅升高最为显著（8.52 m yr ^-1）。③ 夏季气温是影响高亚洲融雪末期雪线高度变化的主要因素,两者具有显著的正相关关系（R = 0.64,P < 0.01）。     

1970-2016年冈底斯山冰川变化

基于修订后的中国两次冰川编目数据及2015-2016年Landsat OLI遥感影像,对冈底斯山1970-2016年的冰川时空变化特征进行分析,并利用相应时段的气温和降水数据,对冰川变化原因进行探讨,为全面认识冈底斯山在气候变暖背景下冰川的响应规律及区域水资源合理利用提供科学依据。结果表明：① 2015-2016年冈底斯山共有冰川3953条,面积1306.45 km ²,冰储量约58.16 km ³;冰川数量以面积< 0.5 km ²的冰川为主,面积则以介于0.1~5 km ²的冰川为主。② 1970-2016年冈底斯山冰川面积共减少854.05 km ²（-39.53%）,冰川面积变化相对速率高达-1.09%/a,消融期气温升高是导致该山区冰川退缩的最主要原因。与中国西部其他山系冰川变化相比,冈底斯山是冰川退缩最为强烈的地区,且近年来冰川退缩呈加快趋势。③ 冈底斯山冰川面积减少主要集中在海拔5600~6100 m之间,海拔6500 m以上区域基本没有变化。除南朝向和东南朝向外,冈底斯山其他朝向冰川数量和面积均呈减少趋势,其中北朝向冰川面积减少最多,西北朝向冰川面积变化最快。④ 冈底斯山冰川面积变化自西向东呈加快趋势,其中东段冰川面积变化相对速率高达-1.72%/a,中段次之（-1.67%/a）,西段仅为-0.83%/a。     

博格达峰地区冰川和积雪变化遥感监测及影响因素分析

20世纪以来，随着全球气候变暖加剧，冰川和积雪普遍退缩，严重影响到人类的生存和社会经济的可持续发展，这一问题在我国西北干旱区的博格达峰地区及其周边地区尤为突出。以博格达峰地区为例，利用1990—2016年Landsat 5与Landsat 8遥感影像，对比分析归一化积雪指数（NDSI）、归一化冰雪指数（NDSII）、归一化主成分雪指数（NDPCSI）和缨帽转换湿度指数（WET）在博格达峰地区监测冰川和积雪的能力，同时结合研究区周边气温、降水数据和研究区地形数据，探讨博格达峰地区冰川和积雪面积变化与区域地形、气候间的响应关系。结果表明：（1） WET相对于NDSII、NDSI和NDPCSI精度值更高，可以替代NDSI、NDSII监测博格达峰地区冰川和积雪面积。（2） 博格达峰地区冰川和积雪面积呈持续退缩的趋势。1990—2016年，冰川和积雪面积减少率约20.07%，且年退缩率不断增加。（3） 高程、坡度和坡向对冰川和积雪面积变化的影响较显著，山地阴影对其影响较弱，气温的升高是冰雪面积减少的主要因素。     

基于MODIS数据的土库曼斯坦山区积雪监测

积雪是影响气候变化的重要因子,准确、及时的获取积雪覆盖范围,进行动态变化监测意义重大。利用MODIS数据进行土库曼斯坦积雪监测,提取积雪信息的研究较少。利用MODIS L1B 500 m分辨率数据,通过几何校正、去云预处理,应用归一化差分积雪指数（NDSI）算法和综合阈值判别法,获取了土库曼斯坦2011年11月～2012年4月山区积雪覆盖范围和面积等数据信息,揭示了土库曼斯坦山区积雪发生的时空特征。土库曼斯坦南部的科佩特山区是该国降雪的核心地区,积雪面积均在1月达到最大值,随后积雪面积随温度的升高而减少。山区积雪面积、月均气温、月降雨量之间存在着显著的相关性,其相关系数分别为0.742 9和0.568 4。结果表明,在监测时段积雪面积随气温的降低、降雨量的减少而增加。     

2000—2019年新疆积雪终日时空变化特征

基于Google Earth Engine（GEE）遥感云平台,利用2000—2019年MODIS积雪产品资料提取和计算新疆积雪终日信息,利用趋势分析,变异系数等方法分析了新疆积雪终日时空变化特征和变化趋势。结果表明：（1） 新疆积雪终日以天山为界,天山以北长于南部,山区为积雪终日的高值区,盆地为积雪终日的低值区。北疆准噶尔盆地和伊犁河谷积雪终日在75~114 d之间,南疆塔里木盆地在0~31 d之间属于低值区。阿尔泰山脉、天山山脉和昆仑山脉区域在224~365 d之间属于高值区。（2） 南疆和北疆积雪终日有明显的时空差异,2000—2019年北疆准噶尔盆地和高海拔山脉地区积雪终日有明显的推迟趋势,推迟幅度达到14 d,占新疆总面积的8%。南疆塔里木盆地和东疆区域有明显的提前趋势,提前幅度达到16 d约占新疆总面积的44%。塔里木盆地和准噶尔盆地具有相反的变化趋势。（3） 新疆积雪终日年际变化差异显著,天山中段和北疆积雪终日出现不稳定状况,天山中段2002—2009年总体上呈现“M”型的特点,即多年积雪消融日年均值中出现明显的波峰和波谷,北疆2009—2019年积雪终日有较大的年际变化呈现出不稳定状况,出现明显的波峰和波谷,年际变化较大。     

基于GF-1的青藏高原东南部积雪分布及MODIS积雪产品适用性研究

青藏高原东南部海拔高,地形复杂,云量大,准确掌握该地区的积雪分布特征对于积雪灾害防治非常重要。论文以2013—2019年冬季积雪积累期云量符合要求的35景高分一号(GF-1)影像为基础,将全色影像和多光谱影像融合为2 m分辨率影像,通过目视解译获取了研究区积雪的空间分布特征,结合改进后的30 m分辨率SRTM DEM,探讨了地形对积雪分布的影响。结果表明：积雪像元在研究区范围内占比为33.1%。积雪的垂直分布特征明显：积雪在高程带4000~5000 m(高海拔)处分布较集中,积雪面积占比为18.1%;在高程带0~2000 m、2000~3000 m和6000~7000 m处积雪面积占比均不到0.1%。积雪在北坡、东北坡的分布比例较高,均为15%以上;在南坡、西坡、西南坡、东南坡分布比例较低,均为10%左右。将基于GF-1影像获取的积雪分布分别与同日获取的根据MODIS V6积雪产品计算的积雪比例(MODIS FSC)和积雪分布的对比表明,64.4%的MODIS FSC像元绝对误差不超过10%,MODIS积雪分布产品对含雪像元的漏分率和误分率平均为33.8%和32.7%,说明MODIS积雪产品在研究区的精度还具有较高的不确定性,其对低覆盖积雪反演的精度较差。这表明利用MODIS积雪产品研究青藏高原东南部积雪的时空变化特征时还需要对其积雪反演算法进行改进,同时亟需加强地面观测和基于多源遥感数据的积雪研究。研究结果可为青藏高原东南部雪冰灾害防治提供支撑。     

伊犁河谷2001-2014年地表温度时空分异特征

地表温度是地表能量平衡、区域和全球尺度地表物理过程的一个重要因子。为了辨析中国西北干旱区“天山湿岛”——伊犁河谷的地表温度时空分异,采用趋势分析法和空间数据统计法,探讨了2001-2014年不同土地利用/覆盖类型下地表温度时空变化规律,分析地表温度的时空分异特征及原因。结果表明：（1） MODIS LST产品的精度（平均R²=0.90）能够满足伊犁河谷地表温度时空变化分析的要求;（2）空间上,地表温度呈现出中部高四周低的变化趋势,高温区面积约占总面积的41%,低温区面积约占总面积的23%;时间上,伊犁河谷平均地表温度的年际波动较大,以2013年、2006年、2007年和2008年尤为突出;地表温度的年内变化呈现出单峰型分布,地表温度高值集中在3-8月,最高值出现在7月;（3）不同土地利用/覆盖类型下年均地表温度分布的总体特征为建设用地最高,稀疏草地、旱地等次之,冰川/积雪最低;（4）伊犁河谷地表温度变化趋势呈严重减少、基本不变和轻微增加区域面积分别占5%、37%和26%,以基本不变和轻微增加为主。伊犁河谷地表温度时空变化不仅受大尺度气候变化影响,还受土地类型差异影响,两者共同构成了不同地理区域及景观的温场格局,绿色植被对地表温度时空分布具有重要的调节作用。     

近15 a黄土高原植被覆盖时空变化及驱动力分析

研究黄土高原地区植被覆盖变化及其驱动因素可以揭示研究区气候变化和人工生态调节过程对植被变化的影响。基于500 m分辨率的MODIS-NDVI数据和同期气象数据,运用均值法、斜率分析法、相关分析法及残差法,分析了2001-2015年黄土高原的植被时空演变变化特征及其驱动因素。结果表明：近15 a黄土高原植被在季度上总体都呈现增加趋势且存在一定差异,夏、秋季植被增加最为明显;黄土高原植被覆盖在空间上呈现自东南向西北递减的分布特征;植被NDVI变化在不同季节上都存在明显的空间差异;黄土高原植被NDVI对气温、降水的响应关系有明显的季节差异,并在空间上与降水的相关性显著,与温度相关性不明显;人类活动对植被覆盖变化有双重影响,其中生态恢复工程是黄土高原中部地区植被覆盖快速增加的重要因素。     

基于InVEST模型的黑河流域上游水源涵养量

黑河流域上游生态系统具有重要的水源涵养功能,对维系流域生态平衡有着重要的意义。基于InVEST模型估算了黑河流域上游水源涵养量,分析了水源涵养量的时空变化特征及其与气候因子的相关性。结果表明：2001—2015年黑河流域上游草地、林地、灌丛面积分别增加了1 665.00、381.75、162.75 km²,而荒漠和农田分别减少了2 165.25、20.50 km²;2001—2015年黑河流域上游水源涵养量年均值为228.64 mm,在空间上呈现东南高、西北低的分布特征,高值区位于祁连山一带,肃南裕固族自治县北部条带状为上游水源涵养量的低值区;从变化趋势来看,研究区水源涵养量以7.60 mm·a^-1的速率减少;近15年来,研究区潜在蒸散、降水量分别呈现增加和减少趋势,速率分别为1.45、-0.67 mm·a^-1,水源涵养与潜在蒸散以负相关为主,而与降水量正相关,降水量主要影响上游的中东部、北部的祁连山高寒地区,而潜在蒸散主要制约西北部的水源涵养量。     

1990~2015年韩国土地覆被变化及其驱动因素

以中等分辨率Landsat系列影像为数据源,利用面向对象的图像分析（OBIA）方法,研究1990~2015年韩国土地覆被变化的主要特征与驱动因素。研究发现：近25 a来,韩国人工表面、林地、湿地、耕地和水体面积变化较大。人工表面扩张最为明显,面积增加了1 847.24 km²（+38.97%）,主要发生在以首尔为中心的首都圈地区,多由耕地和林地转化而来。林地、湿地和耕地面积分别减少776.71 km²、707.32 km²和426.65 km² 。过去25 a间韩国土地覆被变化主要集中分布在海拔较低（<100 m）和坡度较小（<3°）的区域。人类活动因素,如人口增长、城市扩张、经济发展及政策调控等是造成韩国土地覆被变化的主要原因。     

2000—2015 年伊犁河谷植被覆盖时空变化特征

利用 2000—2015 年的 EOS／MODIS 数据，采用趋势分析、Hurst 指数、变异系数法对伊犁河 谷植被时空变化及未来趋势进行分析，结果显示：空间分布上，伊犁河谷植被覆盖度呈北部、南部、 东部偏高，西部、中部偏低的分布特征；时间变化上，2000—2015 年，伊犁河谷植被覆盖度波动减 小，减速为 6.25%·(10 a)^-1；区域分布上，伊犁河谷植被表现为低波动变化，波动程度中等以及下占 73.16%，波动程度高的区域占 26.84%。未来预测表明，伊犁河谷植被覆盖呈退化趋势，其中，持续 退化的面积占 57.55%，持续改善的面积占 13.51%。     

1990-2019年贡嘎山地区典型冰川表碛覆盖变化及其空间差异

表碛覆盖型冰川是中国西部较为常见的冰川类型。表碛层存在于大气—冰川冰界面,强烈影响大气圈与冰冻圈之间的热交换。表碛厚度的空间异质性可极大地改变冰川的消融率和物质平衡过程,进而影响冰川径流过程和下游水资源。基于Landsat TM/TIRS数据,运用能量平衡方程反演了贡嘎山地区冰川表碛厚度,研究了贡嘎山地区冰川在1990—2019年间表碛覆盖范围及厚度变化情况,同时对比了东西坡差异。结果表明：① 贡嘎山地区冰川表碛扩张总面积达43.824 km²。其中,海螺沟冰川扩张2.606 km²、磨子沟冰川1.959 km²、燕子沟冰川1.243 km²、大贡巴冰川0.896 km²、小贡巴冰川0.509 km²、南门关沟冰川2.264 km²,年均扩张率分别为3.2%、11.1%、1.5%、0.9%、1.0%和6.5%;② 海螺沟冰川、磨子沟冰川、燕子沟冰川、大贡巴冰川、小贡巴冰川、南门关沟冰川表碛平均增厚分别为5.2 cm、3.1 cm、3.7 cm、6.8 cm、7.3 cm和13.1 cm;③ 西坡冰川表碛覆盖度高,表碛覆盖年均扩张率低,冰川末端退缩量小;东坡冰川表碛覆盖年均扩张率高,但表碛覆盖度总体低于西坡,冰川末端退缩量大。