中国西北地区季节性积雪的性质与结构

中国内陆地区积雪分布十分广泛。根据西北地区大陆性气候条件下形成的“干寒型”积雪的特征 ,对中国天山和阿尔泰山山区的季节性积雪进行了观测与分析。结果表明 ,该区最大积雪深度达 15 2cm(1997) ,积雪层一般由新雪 (或表层凝结霜 )、细粒雪、中粒雪、粗粒雪、松散深霜、聚合深霜层和薄融冻冰层组成。与“湿暖型”积雪相比 ,“干寒型”积雪的性质具有密度小 (新雪的最小密度为 0 .0 4 g/cm3 )、含水率少 (隆冬期 <1% )、温度梯度大(最大可达 - 0 .5 2℃ /cm)、深霜发育层厚等特点 ,并且变质作用以热量交换和雪层压力变质作用为主。据中国科学院天山积雪与雪崩研究站 (43°2 0N ,84°2 9E ,海拔 1776m)的观测资料 ,中国内陆干旱区冬季积雪期雪面太阳辐射通量以负平衡为主 ,新雪雪面反射率达 96 % ,短波辐射在干寒型积雪中的穿透厚度达 2 8cm。春季积雪消融期 ,深霜层厚度可占整个积雪层厚度的 80 %。随着气温的升高 ,雪粒间的键链首先融化 ,使积雪变得松散 ,内聚力、抗压、抗拉和抗剪强度降低 ,积雪含水率也随之增大 ,整个积雪层趋于接近 0℃的等温现象 ,因此 ,春季天山、阿尔泰山等山地全层性湿雪崩频繁发生     

新疆天山及北疆地区积雪反照率差异

新疆天山和北疆地区是我国三大稳定积雪区之一,积雪反照率的变化显著地影响其地表吸收的太阳辐射能量。2018年1~3月,在新疆天山和北疆地区进行了积雪反照率观测,发现研究区的积雪反照率存在明显的时空差异。时间上,由于受到气温变化的影响,研究区的积雪反照率整体呈现下降的趋势,而且不同时期的下降幅度有差异,1月末~3月初反照率的降低相比1月初~1月末反照率降低更加明显。空间上,由于受到污化物的影响,各区域（阿勒泰地区、塔城地区、天山北坡和伊犁河谷）的积雪反照率之间存在差异,其中天山地区（天山北坡和伊犁河谷）的积雪反照率低于北疆地区（阿勒泰地区和塔城地区）,天山北坡的反照率最低;在积雪稳定期及消融期,污化物对积雪反照率的影响最为明显。     

2013-2014年夏季南极普里兹湾海面反照率走航观测研究

在 2013—2014年南半球夏季时对南极普里兹湾海区的反照率进行了走航观测。利用安装于破冰船船头的高光谱辐照度计测量入射和反射的350—920 nm的太阳短波辐射, 基于此观测数据, 经计算得到了反照率。分析比较不同下垫面的反照率, 通过比较不同航段的观测结果, 得到了反照率的空间变化以及从海冰融化期至冻结初期的变化。不同下垫面的反照率差异较大, 有积雪覆盖的固定冰反照率最大, 有积雪覆盖的浮冰其次, 而积雪融化的浮冰则反照率有所降低。新冰的反照率较低, 有积雪覆盖的新冰反照率迅速增加。比较不同波段的反照率, 发现融化期由于积雪含水量较大, 增加了对近红外辐射的吸收, 降低了该波段的反照率。结合卫星遥感(AMSR-2)和人工观测的海冰密集度, 发现区域平均的反照率主要取决于海冰密集度, 然而也受下垫面物理特征影响, 例如2月底至3月初形成的新冰, 反照率只有老冰的1/3— 1/2。新冰形成, 会直接增加海冰密集度, 但由于其反照率较低, 对空间平均反照率的贡献较小。因此, 若要建立合理的冰水混合区的反照率参数化方案, 必须充分考虑海冰类型和冰面积雪的物理状态, 并考虑反照率的波长依赖性。     

基于遥感时序特征的地表覆被信息提取

地表覆被作为自然过程和人类活动共同作用的重要地表景观特征,对全球或局地气候、水热循环、物质传输及陆面生态系统多样性等影响深远.利用年内时序遥感影像自动提取不同地表覆被类型的方法,以新疆阜康地区为研究目标,组织2016年植被全生长季的Landsat 8 OLI地表反射时序影像,研究不同物候期植被冠层的纹理响应信息,考察研...     

黄土高原植被覆盖度变化的地形分异及土地利用/覆被变化的影响

基于16 d合成MODIS NDVI数据提取的时间序列植被覆盖度数据,采用一元线性回归趋势分析,对黄土高原2000-2008年植被覆盖度的时空变化及其地形分异、土地利用/覆被变化的影响进行了定量分析。结果表明：（1）研究时段黄土高原植被覆盖度整体呈快速上升趋势,局部下降;（2）黄土高原植被覆盖度变化存在明显的地形分异,陡坡等植被恢复、重建和保育的主要区域植被覆盖度增速显著;（3）土地利用/覆被变化对植被覆盖度的增加影响突出,土地利用/覆被类型变更区植被覆盖度增速显著高于未变化区域,退耕还林还草区增速尤其突出;（4）土地利用/覆被类型未变化区域植被覆盖度总体上也呈增加趋势,但因植被覆盖度水平相对较高,增速明显低于土地利用/覆被类型变化区。上述结果表明,黄土高原植被保育、植被恢复和重建在植被覆盖度提升方面取得了明显成效。     

青藏高原腹地多年冻土区地表反照率的季节变化及主要影响因子

准确获取青藏高原地表反照率的季节变化特征对高原地表能水循环研究具有重要意义。本文利用青藏高原多年冻土区西大滩和唐古拉2007年的气象及辐射数据,运用相关分析方法研究了太阳高度角、积雪及活动层冻融过程对地表反照率变化的影响。结果显示:冷暖季降雪过程中地表反照率的变化差异较明显;地表无积雪覆盖期间,地表反照率与气温和表层土壤含水量呈反相关关系。利用多元回归分析法构建了以积雪日数和气温为影响因子的月均地表反照率计算回归方程,经检验与观测值对比平均相对误差为7.1%,可用于青藏高原北部地表反照率的估算。     

古尔班通古特沙漠地表辐射收支特征

古尔班通古特沙漠是中国最大的固定、半固定沙漠.利用2017年该沙漠克拉美丽站辐射资料,分析了古尔班通古特沙漠不同时间尺度和不同天气条件下的地表辐射变化特征.结果表明:(1)不同月份沙漠辐射收支各分量月平均日变化均呈单峰型,但极值大小及出现时间存在差异.各分量曝辐量季节变化明显:太阳总辐射表现为生长期(4-9月)＞积雪期...     

基于MODIS数据的柴达木盆地南缘绿洲土地覆盖动态变化研究

基于遥感和GIS技术手段,利用2000—2009年生长季的MODIS数据对柴达木盆地南缘绿洲进行了土地覆盖分类,得到前期（2000—2004年）和后期（2005—2009年）两期土地分类图以及2000—2009年土地覆盖类型变化趋势图,分析了2000—2009年10 a尺度上该地区土地覆盖类型的面积变化以及空间分布格局。分析得知,柴达木盆地南缘绿洲同时存在两种演化趋势:绿洲化和荒漠化。近10 a来绿洲化的总面积为1 040 km2,占研究区面积的4.58%,主要集中在荒漠化区域与稳定区域之间;荒漠化的总面积为399 km2,占研究区面积的1.76%,其中80%集中在绿洲边缘（4 km以内）,也就是说,绿洲的边缘地区相对于绿洲的其他区域更易于发生荒漠化现象。从整个研究区来看,绿洲化趋势高于荒漠化趋势,其原因可能主要是由于近年来气候变暖,昆仑山上大量冰雪融化,为下游绿洲提供了一定的水资源,但绿洲上游一些地区人类活动的加剧使用了大量的水资源间接地影响了绿洲的演化,使得绿洲边缘水资源缺乏的地区荒漠化加剧。     

多源遥感土地覆被产品在欧洲地区的一致性分析

土地覆被的空间分布格局及其动态变化对于全球变化、区域可持续发展等研究具有重要意义,卫星遥感是唯一能够快速获取大尺度区域土地覆被信息的方法。基于GLOBCOVER2005、GLOBCOVER2009、GLC2000、MODIS2000等4种全球卫星遥感土地覆被产品,研究其在欧洲地区的一致性。结果表明：① 4种产品对于欧洲土地覆被构成特征的刻画基本一致,即以耕地、林地为主,以草地、水体、灌丛等其他类型为辅;② 4种产品对耕地、林地识别的混淆程度最低、一致性最好,对草地、灌丛、裸地识别的混淆程度最高、一致性最差;③ 欧洲有75%的土地具有较高的一致性。斯堪的纳维亚半岛东侧及北欧地区、中欧—东欧大平原及巴黎盆地等地区的一致性最好,斯堪的纳维亚半岛西侧、科拉半岛、伯朝拉河—新地岛、伊比利亚半岛以及伏尔加河流域下游等地区的一致性最差;④ 4种产品两两比较时,参考精度大致在38.56%~77.65%之间。GLOBCOVER2009/GLOBCOVER2005组合的参考精度最高,反映出土地覆被变化所引起的误差远小于不同制作机构、不同数据源、不同判读方法所引起的制作误差。     

塔克拉玛干沙漠腹地辐射平衡和反照率变化特征

辐射平衡直接影响地气系统物质和能量交换,辐射平衡研究极其重要。本研究使用了2006年8月至2011年12月位于塔克拉玛干沙漠腹地塔中的塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站地表辐射和反照率观测资料,分析了辐射平衡和地表反照率季节变化和年变化以及各种典型天气下日变化的特征,并与其他地区进行了对比。结果表明：沙漠腹地辐射平衡各分量最小值均出现在1月,各分量最大值出现时间不一致,其中短波辐射5月最大,长波辐射7月最大,而净辐射最大值在6月。各辐射分量夏季最大,冬季最小;总辐射四季平均日变化极值低于青藏高原,与黑河戈壁相差不大;反射辐射春季与夏季、秋季与冬季差值较小。短波辐射和净辐射各季日峰值出现在12：00,长波辐射各季日峰值出现时间比短波辐射滞后1～3 h。大气长波辐射各季日振幅较小,约为地面长波辐射的1/5～1/4,且地面长波辐射各季日变化为不对称分布;长波辐射各季日最小值都出现在日出前1 h。多云、浮尘和沙尘暴天气辐射平衡日变化不规则,云量和沙尘对辐射各分量影响明显;沙尘暴日,大气长波辐射峰值可增加18%,而总辐射、反射辐射、地面长波辐射和净辐射峰值分别衰减了57.8%、54.0%、55.8%和21.9%。地表反照率3月最大（0.30）,7月最小（0.25）,平均值为0.27;夏季小,冬季大;晴天早晨和傍晚大,沙尘暴日最大。     

1990-2010年中国土地覆被变化引起反照率改变的辐射强迫

土地覆被变化通过改变地表反照率而影响地表辐射收支与能量平衡,从而对区域和全球气候产生影响。本文利用高时空分辨率遥感数据分析1990-2010 年中国土地覆被变化改变地表反照率的时空驱动机制,并计算全国50 个生态区地表反照率变化导致的年际尺度辐射强迫,揭示土地覆被变化在生态区尺度上影响气候变化的生物地球物理机制。结果表明:1990-2010 年全国土地覆被变化以耕地开垦、草地沙化、城市化等人类土地利用活动导致的土地覆被变化最为明显,全国草地与林地面积分别减少了0.60%和0.11%;建设用地和耕地面积分别增加了0.60%和0.19%。全国土地覆被变化通过改变地表反照率引起的平均辐射强迫为0.062 W/m²,表现为增温的气候效应,但在生态区尺度辐射强迫空间差异很大。京津唐城镇与农城郊农业生态区主要土地覆被变化为耕地转为建设用地,引起地表反照率降低了0.00456,产生0.863 W/m²的辐射强迫,表现为增温的气候效应;而三江平原温带湿润农业与湿地生态区主要的土地覆被变化为林草地转为耕地,引起地表反照率升高了0.00152,产生-0.184 W/m²的辐射强迫,表现为降温的气候效应。     

塔克拉玛干沙漠腹地冬季积雪下垫面地表反照率及土壤温湿度变化特征

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站西站10 m梯度探测系统气象和辐射观测数据,分析了塔中积雪下垫面地表反照率、土壤温度、土壤湿度的变化特征及其相互关系。结果表明：塔中积雪覆盖期间地表反照率0.18~0.97,日均值为0.60;有积雪覆盖的地表反照率日变化更偏向反"J"型,呈现出上午大于傍晚的形态,平均早晚较差为0.13;积雪使0~40 cm深度土壤温度下降,积雪消融后土壤湿度增大使各层土壤温度趋于接近,并使0、10、20 cm深度的土壤温度日变幅呈减小趋势,减小幅度分别为41%、39%、39%;积雪地表反照率与地表温度表现出负相关关系,反照率越高地表温度越低,二者相关系数为-0.71;积雪地表反照率与5 cm深度土壤湿度负相关,高地表反照率对应低土壤湿度,低地表反照率对应高土壤湿度,二者相关系数为-0.74。     

Radiative forcing over China due to albedo change caused by land cover change during 1990-2010

Land cover change affects surface radiation budget and energy balance by changing surface albedo and further impacts the regional and global climate. In this article, high spatial and temporal resolution satellite products were used to analyze the driving mechanism for surface albedo change caused by land cover change during 1990-2010. In addition, the annual-scale radiative forcing caused by surface albedo changes in China's 50 ecological regions were calculated to reveal the biophysical mechanisms of land cover change affecting climate change at regional scale. Our results showed that the national land cover changes were mainly caused by land reclamation, grassland desertification and urbanization in past 20 years, which were almost induced by anthropogenic activities. Grassland and forest area decreased by 0.60% and 0.11%, respectively. The area of urban and farmland increased by 0.60% and 0.19%, respectively. The mean radiative forcing caused by land cover changes during 1990-2010 was 0.062 W/m2 in China, indicating a warming climate effect. However, spatial heterogeneity of radiative forcing was huge among different ecological regions. Farmland conversing to urban construction land, the main type of land cover change for the urban and suburban agricultural ecological region in Beijing-Tianjin-Tangshan region, caused an albedo reduction by 0.00456 and a maximum positive radiative forcing of 0.863 W/m2, which was presented as warming climate effects. Grassland and forest conversing to farmland, the main type of land cover change for the temperate humid agricultural and wetland ecological region in Sanjiang Plain, caused an albedo increase by 0.00152 and a maximum negative radiative forcing of 0.184 W/m2, implying cooling climate effects.     

GIS-simulation of the spatial distribution of snow cover and observed ground temperatures in the Daisetsu Mountains,Japan

This paper describes one geometrical method of simulating the spatial distribution of snow cover. Geographical Information Systems (GIS) and precise Digital Elevation Model (DEM) were used in the simulation. The model is based on empirical parameters called coefficients depending on slope aspect and inclination. As a result, this model predicts that windward convex terrains remain snow-free during winter. This snow cover distribution was validated by usage of an air photograph taken in early spring, and the distribution of vegetation patches which represent the outer fringes of snow covered areas. Low ground temperatures together with high DC resistivities, which suggest the presence of permafrost, were identified in simulated snow-free areas.     

WRF模拟的1980-2000年中国东北农业开发对气候的影响

利用WRF模式,基于中国东北1980年代前期和2000年的土地利用/覆盖数据,分别进行了1980-2000年的气候变化模拟试验。通过两个试验结果的对比,分析了1980-2000年中国东北农业开发对气候的影响。在冬季和春季,农业开发使地表反照率增强,地表吸收的短波辐射减少,地表感热通量相应减少,地表气温降低;在夏季和秋季,农业开发削弱了地表反照率,地表吸收的短波辐射增加,同时地表潜热通量大幅增加,且增幅大于地表吸收的短波辐射的增幅,地表感热通量则相应减少,地表气温降低。农业开发的致冷幅度大多为0.1°C~1.0°C,与同期大尺度气候变化导致的当地背景温度变幅基本相当。农业开发引起的夏季降水变化因气候年景而异,“南旱北涝”年景下,呼伦贝尔—黑龙江省中部以及吉林省中部少雨,黑、吉、蒙三省（自治区）交界处降水增加,辽、蒙交界处以及辽东湾北部降水减少;“南涝北旱”年景下,呼伦贝尔—黑龙江省中部以及吉林省中部多雨,黑、吉、蒙三省（自治区）交界处降水减少,辽、蒙交界处以及辽东湾北部降水减少。农业开发的面积极其有限,因而由其导致的温度和降水显著变化主要出现在农业开发当地,尚不足以显著影响区域平均温度和降水变化。     

2000—2017年中国区域地表反照率变化及其影响因子

在全球气候变暖的背景下,地表反照率已成为地表辐射平衡和气候研究的重要参数之一。利用中国陆地生态系统研究网络（Chinese Ecosystem Research Network,CERN）提供的34个站点辐射数据、GLASS地表反照率产品、ERA-Interim再分析资料、MODIS EVI（MOD13A3）和中国气象数据共享网提供的气象数据,基于Sen's Slope趋势分析方法,分析不同生态系统地表反照率的变化特征;利用全子集回归和分层分解方法计算地表反照率与各要素之间的相关性和相对重要性;探讨各气候因子对地表反照率的影响。结果表明,2000—2017年裸土地和裸岩砾石地变化率最大,冬季斜率达-0.083% yr^-1。生长季地表反照率与降水、增强型植被指数（Enhanced Vegetation Index,EVI）、土壤水分和气温显著相关的像元分别占总像元的73%、79%、56%和86%。EVI是干旱和半干旱地区地表反照率变化的主导因素,其对地表反照率变化的独立贡献率分别为41%和56.18%。7月东北地区降水量和气温对地表反照率的影响大约滞后2个月;内蒙古沙漠地区和长江中下游平原土壤水分对地表反照率的影响大约滞后1~2个月。     

中国南方不同土地利用/覆被类型对气温升温的影响

基于我国南方六省国家气象台站历史气象资料、1:10万土地利用/覆被数据和NCEP再分析气温资料,通过比较气温变化在不同观测环境气象站之间的差异,分析中国南方三种主要土地利用/覆被类型对气温趋势的影响。结果显示:土地利用/覆被类型对气温趋势具有稳定的影响,建设用地的年均温、年均最高和最低气温的升温幅度均最高,耕地次之,林地最小。进一步利用再分析资料剔除区域大尺度气候背景影响后,建设用地的年均温升温趋势仍最大(0.105℃/10a),其次是耕地(0.056℃/10a),林地的升温趋势最小(-0.025℃/10a),且为负。这表明对于研究区气温的升温趋势,林地具有抑制作用,建设用地具有增强作用,且增强作用较耕地强。林地的各季节平均气温的变化幅度同样低于非林地。     

Radiative forcing over China due to albedo change caused by land cover change during 1990–2010

Land cover change affects surface radiation budget and energy balance by chang- ing surface albedo and further impacts the regional and global climate. In this article, high spatial and temporal resolution satellite products were used to analyze the driving mechanism for surface albedo change caused by land cover change during 1990-2010. In addition, the annual-scale radiative forcing caused by surface albedo changes in China＇s 50 ecological regions were calculated to reveal the biophysical mechanisms of land cover change affecting climate change at regional scale. Our results showed that the national land cover changes were mainly caused by land reclamation, grassland desertification and urbanization in past 20 years, which were almost induced by anthropogenic activities. Grassland and forest area decreased by 0.60% and 0.11%, respectively. The area of urban and farmland increased by 0.60% and 0.19%, respectively. The mean radiative forcing caused by land cover changes during 1990-2010 was 0.062 W/m2 in China, indicating a warming climate effect. However, spatial heterogeneity of radiative forcing was huge among different ecological regions. Farmland conversing to urban construction land, the main type of land cover change for the urban and suburban agricultural ecological region in Beijing-Tianjin-Tangshan region, caused an albedo reduction by 0.00456 and a maximum positive radiative forcing of 0.863 WIm2, which was presented as warming climate effects. Grassland and forest conversing to farmland, the main type of land cover change for the temperate humid agricultural and wetland ecological region in Sanjiang Plain, caused an albedo increase by 0.00152 and a maximum negative radiative forcing of 0.184 W/m2, implying cooling climate effects.     

从AVHRR到MODIS的雪盖制图研究进展

雪盖面积是水文、气候模型中重要的输入参数之一。使用遥感方法能够有效获取大范围的雪盖信息，弥补地面观测资料在空间上的不足。阐述积雪遥感基本原理以及积雪遥感监测的研究进展，介绍现阶段应用较广的基于AVHRR和MODIS数据的雪盖制图算法，并通过对制图算法的比较和分析得出，MODIS雪盖制图算法的精度和效率都比AVHRR算法高。最后讨论现阶段雪盖制图算法误差的主要来源：大气状况、地表覆盖、积雪物理特性的复杂性以及使用相同的检测阈值等，并提出解决方法。     

The influence of snow cover on ground freeze-thaw frequency,intensity, and duration: An experimental study conducted in coastal northern Sweden

The impact of snow cover on seasonal ground frost and freeze-thaw processes is not yet fully understood. The authors therefore examined how snow cover affects seasonal ground frost in a coastal setting in northern Sweden. Air and soil temperatures were recorded in a paired-plot experiment, both with and without snow cover, during the frost season 2012–2013. The frequency, duration, and intensity of the freeze-thaw cycles during the frost season were calculated. The results showed that the freeze-thaw frequency was 57% higher at the soil surface and the intensity 10 °C colder in the spring of 2013, when the ground lacked snow cover. Furthermore, the duration of the seasonal freeze-thaw cycle was 30 days longer on average in cases where there was natural snow accumulation. The correlation between air and ground surface temperatures weakened with increased snow-cover depth. The authors conclude that continued increases in air temperature and decreases in snow in coastal northern Sweden might alter freeze-thaw cycles and thus affect natural and human systems such as geomorphology, ecology, spatial planning, transport, and forestry.