基于气象要素的中国积雪类型划分及积雪特征分布

积雪分类对于深刻认识积雪性质及其时空分布具有重要意义。积雪是气候的产物, 气象参数是导致积雪性质差异的主要因素, 利用实测的气象参数能够对积雪性质进行大范围的有效分类。应用长时间序列高时空分辨率全国地面气象驱动格网数据集, 提取中国区域冬季大气温度、 降水量和近地表风速信息, 基于冬季气象要素的二叉树积雪类型划分方法, 采用Sturm等提出的季节性积雪类型划分体系, 对中国区域的积雪类型进行了划分, 相比Sturm等的积雪分类结果空间分辨率显著提高, 利用“中国积雪特性及分布调查”项目2017—2018年全国实测雪坑数据, 描述了积雪类型对应的空间统计分布特征, 为制定符合中国区域特色的积雪类型分类系统奠定了基础。积雪分类结果表明： 中国区域的积雪类型划分为5种, 分别是大草原型、 泰加林型、 苔原型、 高山型及瞬时型, 不同的中国积雪类型表现出与Sturm等的分类描述有所不同的积雪特性。     

冰川/积雪-大气相互作用研究进展

冰川和积雪是冰冻圈的重要组成部分,在全球或区域气候系统中起着极其重要的作用.开展冰川/积雪-大气相互作用研究,是研究冰冻圈物理过程及其对气候系统反馈作用的必然需求,也是研究冰川/积雪对气候变化响应的有效手段,同时还可为全球(区域)气候和水文模式提供冰川/积雪面的地表特征参数.近一个世纪以来,在冰川/积雪面辐射特征、能量通量计算方法和平衡特征等方面开展了许多观测试验和理论研究,并取得了卓有成效的研究结果.但是在准确获取辐射通量、研发普适性较强的反照率参数化方案、复杂地形条件下能量通量的计算,以及发展分布式能量平衡模式等方面尚存在许多不确定性,仍面临许多技术难点,也是未来的研究重点.     

次网格积雪参数化在祁连山区斑状积雪带模拟中的应用

运用中尺度大气模式MM5,积雪参数化分别采用简单的积雪参数化方案以及考虑次网格积雪分布和雪密度变化的复杂积雪参数化方案,对黑河流域上游祁连站附近气温和降水进行模拟,与祁连站的观测值对比,检验积雪参数化方案中次网格积雪分布和雪密度变化在该地区气温和降水模拟中的作用.结果表明:简单积雪方案对网格积雪的非0即1描述在斑状积雪带是不合理的,尤其在黑河流域海拔3 300 m以下积雪多为斑状或片状,网格内积雪非均匀性的处理是非常必要的;通过耦合简单和复杂积雪方案的大气模式对气温模拟和观测值比较发现,新方案模拟的气温比旧方案模拟值更接近观测值,在气温低于0℃时改进尤其明显,说明使用复杂积雪/融雪方案可改进斑状积雪带气温的模拟.耦合复杂积雪方案的大气模式模拟的降水与观测值绝对误差低于耦合简单积雪方案模拟结果,复杂积雪方案的模拟结果降水错报率为使用简单积雪方案结果的一半,证明了耦合复杂积雪方案可以提高大气模式对该地区春季降水模拟的准确性.与积雪面积变化相对应,耦合复杂积雪方案模拟出了融雪产流量,而使用简单积雪方案则没有模拟出来.综上所述,耦合考虑次网格积雪分布和雪密度变化的复杂积雪参数化方案比耦合“非0即1”积雪方案可以更准确地模拟祁连山区冬、春季气温和降水.     

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.     

利用地基微波辐射计验证积雪微波辐射传输模型

积雪雪水当量参数是水文、气候、水资源利用与管理模型中非常重要的输入参数,积雪辐射理论模型可以模拟积雪物理参数与微波辐射的关系.因此,准确模拟积雪辐射信息,验证积雪辐射模型显得尤为重要.采用改进的基于能量守恒的干雪微波辐射传输理论模型(DMRT-AIEM-MD),利用2008年3月24 日黑河地区联合实验获取的地面测量数据以及车载辐射计18.7 GHz和36.5 GHz两个频率的辐射亮温值,考虑地形的影响,分析积雪辐射散射特性以及验证该模型.结果表明:该模型模拟值与地面实测值吻合的比较好,该模型能较好的模拟中国地区自然地表积雪辐射信号.分析了部分模型模拟值和地面实测值偏差的可能原因,该积雪区是多次堆积形成,积雪垂直剖面的密度、温度不规则变化可能会引起偏差.     

祁连山区冰沟流域积雪分布特征及其属性观测分析

以祁连山冰沟流域为研究区,通过在流域内布设花杆观测积雪深度,渊查了山区积雪分布情况;利用雪特性分析仪测量了区内积雪密度、介电常数、液念水含量等积雪参数,光谱仪测量了不同类型积雪的光谱特征,手持反照率测量计观测积雪表面反照率,带刻度手持放大镜测量积雪粒径,红外温度计和针式温度计测量雪层的温度和实地测量积雪属性.同时,在研究区内选择加强观测区挖雪坑,对雪层内部属性和雪剖面分层特性作了进一步研究,计算民流域内积雪等效密度;最后对试验中所使用的野外实测积雪的各种方法进行了评价.研究表明:山区积雪分布很不均匀,在阴坡山谷雪深最深,阳坡雪积累最少,即使在同一样区,积雪分布也小均匀;研究Ⅸ的积雪属于潮雪,体秋含水量在3%以下;不同粒径、类型和表面粗糙度的积雪反射率不同,验证了积雪光谱是雪颗粒、污染物和地面粗糙度的函数;积雪反照率随太阳高度角升高逐步降低,在没有新降雪的情况下,日反照率也逐渐降低;雪分层比较明显,雪下冰晶层发育良好.当深度达剑20 cm时,积雪具有保温作用;冰沟流域的积雪等效密度随时间和空间变化不大,经汁算为0.16 g·cm-3.     

新疆季节性积雪对地表温度的影响

在气候变暖背景下,土壤热状态的变化正对土壤中发生的物理、化学以及微生物过程起着至关重要的作用。土壤热状态通常由气温主导,并受到植被、积雪、土壤性质等局部因素控制。积雪改变了大气与土壤之间的能量交换,对冷季土壤热状态起到了决定性作用。本文基于新疆地区中国气象局77个观测站点逐日的积雪深度、气温、地表温度(土壤0 cm处)数据,利用统计分析与数值模拟方法,综合探究了新疆地区季节性积雪对土壤温度的影响,同时揭示了新疆地区积雪对土壤热状态影响的原理机制。结果表明,2005—2020年新疆地区77个气象站点冷季地表温度、气温、积雪深度、地气温差在空间上的分布具有一致性。2005—2020年稳定积雪站的冷季(10月—次年3月)平均雪深为5.9 cm,平均气温为-4.6℃,平均地表温度为-1.3℃。而非稳定积雪站平均气温为1.4℃,平均地表温度为2.4℃。地气温差受积雪深度的控制,积雪每增加1 cm,地气温差增加0.26℃。拟合结果显示,气温每增加1℃,当积雪深度为5 cm时,地表温度增加0.57℃;当积雪深度为30 cm时,地表温度增加0.20℃。进一步选取典型稳定积雪站阿勒泰站开展了2008年积...     

中分辨率成像光谱仪图像积雪反射特性的初步分析研究

通过对中分辨率成像光谱仪图像２６个连续波段的同点采样,获得从可见到红外光谱一个完整的积雪反射特性系列,在背景气候,气象数据信息的支持下,进行图像积雪反射特性与同类积雪实测反射特性的对比分析。结果表明：本研究所使用的中分辨率成像光谱仪图像积雪反射特性反映了积雪变化的过程,同时与地面光谱仪实测数据有一定的对应关系,同类积雪在可见光波谱区的光谱反射基本吻合,据此,反演积雪类型的图像分类是可行的。     

中国近50a积雪日数与最大积雪深度的时空变化规律

通过REOF和非参数Mann-Kendall趋势检验法,以1958/1959-2007/2008年度中国557个气象台站的积雪观测资料为基础,对中国积雪日数与最大积雪深度的时空演变规律进行分析.结果表明:东北、新疆北部和青藏高原中东部为中国积雪日数和最大积雪深度的3个大值区;近50a来,春、秋季中国积雪日数和最大积雪深度在整体上呈现缓慢减少的趋势,冬季积雪日数和最大积雪深度呈现增加的趋势.气温是影响积雪产生和维持的重要因素.     

1980-2019年青藏高原积雪深度时空差异性分析北大核心CSCD

积雪是地表特征的重要参数,其对辐射收支、能量平衡及天气和气候变化有重要影响。利用1980-2019年被动微波遥感积雪深度资料对青藏高原积雪时空特征进行分析,在此基础上将高原划分为东部、南部、西部及中部4个区域,并分区域讨论了多时间尺度积雪的变化特征及其与气温、降水的相关关系。结果表明:不同区域积雪深度在不同时间尺度的变化特征存在差异,高原东部积雪深度累积和消融的速率比西部快,南部积雪深度累积和消融速率比中部快。季节尺度上,冬季积雪高原东部最大,中部最小;春季积雪高原东部消融速率最大,西部积雪消融较慢但积雪深度最大;夏季高原西部仍有积雪存在。年际尺度上,各区域积雪深度在1980-2019年均呈现缓慢下降趋势,但东部积雪减少不显著;高原东部积雪深度在1980-2019年呈现出增加-减少-增加-减少的变化,其余3区均呈现出减少-增加-减少-增加-减少的变化。不同区域积雪深度对气温、降水的响应不同,高原东部和中部积雪深度与气温相关性较好;各区域积雪深度与降水呈不显著的正相关关系。     

天山季节性积雪稳定期雪密度与积累速率的观测分析

利用Snow Fork雪特性分析仪测量的天山积雪雪崩站2009年2月21-26日及2010年1月26-31日雪特性数据,分析了季节性积雪稳定期内积雪垂直剖面密度的变化特征及其随降雪沉积时间和雪层深度的变化规律.结果表明:季节性积雪稳定期内,积雪剖面密度中部最大,表层和底层密度较低;新雪层密度随时间的推移增加速率逐渐增大...     

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.     

北京-张家口地区冬春季积雪特征分析

2022年冬奥会将在北京-张家口（以下简称北-张地区）举办,揭示该地区的积雪变化特征及其在全球变暖背景下的发展趋势,对冬奥会的筹备以及当地的积雪资源的开发利用等方面都有重要意义。利用2002-2014年MODIS遥感积雪产品提取了研究区域积雪数据,结合1966-2013年台站积雪、气温和降水资料和DEM数据,分析了积雪的时空分布特征,并对冬奥会场地进行积雪资源评价。结果表明：2002-2013冬春年北张地区的整体积雪频率较小,多处于0~0.2之间,但场馆区2月的积雪频率多在0.5以上,最大值接近0.9左右,积雪的分布呈带状和点状。积雪覆盖率最大值出现在1月初,达到0.23。积雪的形成缓慢,但是消亡迅速。1966-2012冬春年冬季积雪日数的波动幅度大于春季,延庆和崇礼县的2月份积雪日数分别为4.6d和13.9d,且均呈下降状态。积雪初终日均有提前,但整体的积雪期在减少。北京和张家口整体的最大积雪深度变化平稳,在1966-1980年和2000-2012年处于高值区,波动较大,其他年份最大雪深处于低值变化平稳,延庆和崇礼县的2月份最大积雪深度分别为3.6cm和5.1cm。通过分析积雪指标与气象因子（气温、降水）的相关关系发现,在年内（年际）变化上,积雪指标与气温（降水）的关系更为密切。冬奥会场地的2月份气温在-14~2℃之间,月平均降水量仅0.2mm·d^-1,积雪日数不足,预计难以形成足够深度的雪,且未来气温上升,达到0.8℃·（10a）^-1,降水、积雪深度和积雪日数均呈下降趋势,可能60%~95%的赛事用雪将来自人造雪,以应对可能的积雪不足。     

欧亚大陆积雪分布及其类型划分

利用1966-2012年欧亚大陆1152个地面气象台站积雪深度资料,对欧亚大陆积雪深度、累计积雪天数和连续积雪天数的空间分布进行了分析,以连续积雪天数为标准对欧亚大陆季节性积雪类型进行了划分,并与应用累计积雪天数对积雪区类型的划分进行了比较研究. 结果表明：欧亚大陆积雪分布具有显著纬度地带性特征,积雪深度、累计积雪天数和连续积雪天数的大值分布区均位于俄罗斯平原的东北部、科拉半岛、西西伯利亚平原、中西伯利亚高原以及俄罗斯远东北部大部分区域. 与累计积雪天数划分方法相比,利用连续积雪天数对欧亚大陆季节性积雪分区,在前苏联地区积雪类型分区差异并不显著,但蒙古和中国的稳定积雪区明显缩减,青藏高原无稳定积雪区,中国大部分地区为非周期性不稳定积雪区. 两种积雪分区划分方法比较结果显示,连续积雪天数划分方法更能体现积雪累积的连续性和持久性,更符合对稳定积雪和不稳定积雪的划分标准.     

1999—2008年中国地区雪密度的时空分布及其影响特征

利用1999—2008年地面积雪观测资料,对全国范围内的雪密度时空分布特征进行分析.结果表明,西北和东北是我国主要的积雪区,从10月到翌年4月基本都有雪存在.全国雪密度每月的最高值从10月份开始到1月份一直南移,从1月份到4月份不断北移.最大密度发生在1月份江南地区的湖南和江西的交界处.江南地区积雪持续时间短,变化明显,属于瞬时性积雪.东北和新疆地区的雪密度也相对较高,积雪持续时间长,雪密度变化相对平稳,大部分属于季节性积雪.在东北和西北地区选取9个站点进行雪密度的变化研究,可以看出:从11月中旬到3月上旬是雪密度稳定期,10月到11月上旬和3月中旬到4月是雪密度非稳定期.对西北和东北的降水、气温、雪深和雪密度做相关分析,表明:雪深是西北和东北地区雪密度的主要贡献因子.     

2000—2006年中国天山山区积雪时空分布特征研究

以中国境内天山山区为研究区,基于2000—2006年的遥感积雪产品积雪分布时间序列趋势和空间分布特征,对积雪分布的年际变化趋势、积雪分布随海拔的变化趋势、积雪频率以及积雪雪线高度的年变化进行了分析.结果表明:1)积雪经历从秋季开始累积到春季开始消融的过程,1—2月积雪面积达到最大,7—8月面积最小.冬季积雪所占比例最大,超过50%;2)2000—2006年积雪面积年际变化略呈上升趋势,冬季上升趋势较明显,春、秋和夏季变化趋势不明显.冬季积雪面积在海拔4000m呈上升趋势,≥4000m呈下降趋势.在海拔2000m积雪的上升趋势达到最高点;3)从积雪频率来看,存在5个高值区,覆盖频率高达70%左右.从空间分布来看,天山中段积雪最多,东段次之,西段最少.在海拔3000m以下积雪次数较少,海拔3000m以上积雪次数显著增加.月积雪次数随海拔的变化表现为:海拔4000m以上各月的积雪次数都很多,12月至翌年2月在各高程带的积雪次数都较大;10—11月和3—4月积雪以海拔2500m为界,之下次数较少,以上次数增加显著;5—9月的积雪次数在海拔3000m以下非常少,在海拔3000m以上次数逐渐增加;4)以覆盖率≥40%相对应的海拔作为各个月份的雪线高度,天山山区平均雪线海拔在2875m.夏季雪线海拔在4000m以上;冬季雪线海拔在1500m.     

基于多源数据的西藏地区积雪变化趋势分析

利用1980—2009年气象台站的观测数据、 北半球NOAA周积雪产品和2001—2010年500 m分辨率的EOS/MODIS积雪产品等多源资料, 从不同角度对近30 a来西藏区域积雪变化趋势进行了分析. 结果表明: 不同资料分析均显示, 近30 a来西藏地区积雪不断减少, 尤其以近些年较为明显. 近30 a积雪日数、 最大积雪深度总体上呈现下降趋势, 尤其是进入21世纪以来, 下降趋势非常明显. 从秋冬春季节的积雪变化趋势来看, 冬、 春两季的积雪在减少, 而秋季在增多, 这些变化趋势都与各季节的气温和降水密切相关. NOAA资料显示, 近30 a来西藏地区的积雪覆盖面积正在逐步减少; 季节变化略有不同, 春、 秋两季略呈上升趋势, 冬、 夏两季在减少, 且夏季减少趋势较明显. MODIS资料分析表明, 近10 a来西藏地区的积雪总体呈下降趋势, 尤其是2007年下半年开始下降明显. 秋季的积雪在增加, 冬、 春、 夏三季的积雪趋于减少, 且春季的下降趋势最明显, 其次为冬季, 夏季的减少幅度最小. 不同海拔的积雪都有减少趋势, 最明显的是海拔4 000~5 000 m的积雪, 其次是海拔5 000~6 000 m段. 按地理区域分析, 近10 a来西藏东、 西、 中3个区域的积雪都呈减少趋势, 其中西部的下降趋势最明显, 其次为中部, 东部相对较稳定.     

基于合成孔径雷达(SAR)的积雪监测研究进展

积雪是冰冻圈中最重要的组成要素之一, 积雪研究对于气候变化、 水文循环等科学研究和农业灌溉、 减灾防灾等生产活动都具有重要意义.合成孔径雷达(SAR)不仅具有穿云透雾, 全天候观测地表的能力, 而且可穿透地表覆盖一定深度获取地表覆盖物内部特征信息.近年来SAR技术在冰冻圈科学研究中已广泛应用. 综述了SAR积雪监测研究的国内外进展, 对当前主要的SAR积雪遥感模型进行了总结分析, 着重介绍了当前主要的SAR和SAR干涉测量技术(InSAR)积雪面积制图方法、 雪水当量(SWE)反演算法、 积雪密度和雪深提取方法, 并对未来可能的研究方向进行了展望.     

新疆阿勒泰克兰河中游地区冬季积雪分布及特性分析

新疆阿勒泰地区是中国季节性积雪水资源最为丰富的地区之一。2016年12月在克兰河中游地区开展了积雪观测,利用直尺和量雪筒测量雪深和雪密度,调查了积雪水资源的分布情况;利用针式温度计测量雪层温度,获取了雪层之间的温度梯度;利用雪特性分析仪和显微镜测量了积雪剖面的雪层密度、液态水含量、介电常数和雪粒径。通过分析研究区积雪水资源的空间分布和积雪特性的垂直分异发现：研究区雪深的分布非常不均匀,北部的雪深总体上大于南部,即使在同一地区,雪深也因风力等原因而分布不均匀;研究区总体上属于"干寒型"积雪,密度较小,且密实化迅速;各雪层属于干雪或者湿度极低的潮雪,绝大多数雪层的液态水含量在0.3%以下;积雪温度总体上从表层到底层逐渐升高,表层温度日变化较大;阴天积雪温度高于晴天,各雪层温度日变化小于晴天,且午后积雪会出现负温度梯度,冷中心出现在积雪次表层;雪粒径较小,雪粒长短轴比的最小值出现在中间层,且符合新雪的粒径特点。     

天山西部季节性积雪密度及含水率的特性分析

利用Snow Fork雪特性分析仪采集积雪物理特性(积雪深度、积雪密度、体积含水率)数据,分析了天山积雪雪崩站稳定积雪期和非稳定积雪期雪物理特性的时间变化特征及其在垂直剖面上的廓线分布.结果表明:1)稳定期积雪深度随时间缓慢减小,体积含水率垂直廓线随积雪深度变化呈单峰曲线,峰值距雪表面约33cm,雪密度垂直廓线为中部大、积雪表层和底部较小;2)非稳定积雪期积雪迅速沉陷,体积含水率相对于雪层温度的变化有滞后效应,滞后时间约为2h,雪密度垂直廓线与稳定期相同.整个非稳定积雪期的日平均雪密度与日平均含水率、日平均温度均呈显著正相关.