常数和变化积雪密度方案诊断计算积雪厚度的敏感性研究

海冰上积雪的分布是影响海冰与大气能量交换以及气候变化的重要因素。当前的CMIP6气候模式（如CESM2和NESM3）采用定常的积雪密度,而专注于模拟雪厚度和密度变化的模式（如SnowModel-LG）则采用经验的变化雪密度公式。对比CryoSat-2卫星观测的积雪厚度发现,从积雪厚度的空间分布与平均值难以判断出变化雪密度对北冰洋积雪厚度模拟产生何种影响,对于变化雪密度模拟积雪厚度的改进及机制有待进一步研究。本文采用随气温、风速等因子变化的雪密度经验公式模型,并利用SNOTEL单站的长时间序列观测资料,对不同影响因子设计如下敏感性实验：A. 考虑所有气象因子的变化雪密度模型;B. 常数雪密度模型;C. 在A中不考虑风对密实化的影响;D. 在A中不考虑气温对密实化的影响。实验A、B、C和D诊断计算的2018年11月1日至2019年5月10日积雪厚度的均方根误差分别为4.2 cm、4.8 cm、25.9 cm和4.2 cm。结果表明,变化雪密度方案A模拟的积雪密度、厚度在平均值上与常数雪密度的结果接近,但其模拟的积雪厚度均方根误差最小,并且能够模拟出积雪厚度在几天到十几天时间尺度上的高频变化,同时减小了这种高频变化对应时段雪厚模拟结果的相对误差,二者具有一定的相关性。此外,还发现气温变化对积雪密实化的影响远小于风。     

Composition and distribution of fish species collected during the fourth Chinese National Arctic Research Expedition in 2010

There are awareness and concerns caused by the decreasing sea ice coverage around the Arctic and Antarctic due to effects of climate change. Emphasis in this study was on rapid changes in Arctic sea ice coverage and its impacts on the marine ecology during the fourth Chinese National Arctic Research Expedition in 2010. Our purpose was to establish a baseline of Arctic fish compositions, and consequent effects of climate change on the fish community and biogeography. Fish specimens were col- lected using a multinet middle-water trawl, French-type beam trawl, otter trawl, and triangular bottom trawl. In total, 36 tows were carried out along the shelf of the Bering Sea, Bering Strait, and Chukchi Sea in the Arctic Ocean. in total, 41 fish species belonging to 14 families in 7 orders were collected during the expedition. Among them, the Scorpaeniformes, including 17 species, accounted for almost one third of the total number （34.8%）, followed by 14 species of the Perciformes （27.0%）, 5 species of the Pleuronecti- formes （22.3%）, and 2 species of the Gadiformes （15.4%）. The top 6 most abundant species were Hippoglossoides robustus, Bore- gadus saida, Myoxocephalus scorpius, Lumpenus fabricii, Artediellus scaber, and Gymnoeanthus trieuspis. Abundant species var- ied according to the different fishing methods; numbers of families and species recorded did not differ with the various fishing methods; species and abundances decreased with depth and latitude; and species extending over their known geographic ranges were observed during the expedition. Station information, species list, and color photographs of all fishes are provided.     

青藏高原积雪范围和雪深/雪水当量遥感反演研究进展及挑战

积雪是地表特征的重要参数,对辐射收支、气候和长期天气变化均有重要影响。雪本身又是一个重要的天气现象和水文气象参数,过量的降雪也会带来严重的雪灾,如牧区雪灾、雪崩和融雪洪水灾害等。因此对积雪的监测,尤其是对山区的积雪监测,具有多方面的意义。利用卫星遥感技术监测积雪已有50余年的历史,并已形成了系列业务产品。青藏高原平均海拔超过4 000 m,该地区的积雪具有重要的水文、气候和生态环境意义。由于地形复杂,人迹罕至,地面观测站点稀少,受较强太阳辐射的影响,积雪消融迅速、区域差异消融以及风吹雪等因素导致积雪分布破碎化严重,对使用遥感资料监测该地区的积雪造成的极大的困难和不确定性。随着国内外传感器技术的不断发展,光学和被动微波遥感数据的同步获取技术已经非常成熟,综合利用光学遥感数据高空间分辨率和被动微波数据不受云干扰的特点,结合机器学习、无人机等技术,将环境参数加入反演模型中,有助于提高青藏高原积雪参数反演精度。     

阿拉斯加三月冻土和积雪的大气响应

从当年10月至翌年5月中旬,在北极和亚北极地区,冻土层和积雪层是最常见的陆地表面条件。积雪融冻和积雪深度通过对土壤的水分状况分布、过冬植物的生长及土壤水分向大气蒸发的影响从而控制着土壤的冻结过程。积雪可以使大气边界层（ABL）较为稳定,使痕量气体的纵向变化降低。被积雪覆盖的孤立土壤表面会产生大量的热交换、对流,特别是在太阳辐射显著时,会增强大气边界层的垂直交换混合。积雪覆盖区和无雪地区在能量收支方面的强烈空间反差,会产生湿气与热量的水平对流。因此,季节性积雪的存在时间和期限显著影响了大气候和小气候条件和空气质量。     

1960—2015年吉林省积雪初、终日期变化特征及其与气温和降水的关系

利用吉林省45个气象站1960—2015年逐日积雪深度、气温和降水观测资料,分析该省积雪初、终日的变化特征及其对气候变化的响应。结果表明:(1)吉林省积雪初、终日的空间差异显著,东南山区积雪开始早且结束晚,可积雪期长;西北平原区积雪开始晚且结束早,可积雪期短。(2)吉林省积雪平均始于11月9日,止于次年4月1日,可积雪期达144 d。(3)近56 a积雪初、终日总体变化趋势不明显,但阶段性特征显著。其中,1980年代之前,积雪初日偏早、终日偏晚,1990年代后积雪初日偏晚、终日偏早,可积雪期缩短;积雪初、终日分别在1983年和1991年前后发生显著性突变。(4)积雪初、终日期对气温变化较为敏感。8—11月月平均气温与积雪初日呈显著正相关,而3月、4月平均气温与积雪终日呈显著负相关;积雪初、终日分别受0℃开始日期、10℃终止日期的影响。积雪初日与10月降水量呈显著负相关,而积雪终日与4月降水量呈显著正相关。     

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.     

利用气象卫星监测白灾和黑灾

本文采用极轨气象卫星ＮＯＡＡ／ＡＶＨＲＲ第一通道（可见光波段）反射率作为反映积雪掩埋地面和牧草程度的指标，用以衡量白灾程度的大小，分析白灾程度的空间分布状况，同时，对利用气象监测黑灾的原理和方法进行了探讨。     

青藏高原积雪异常与贵州东、西部旱、寒灾害关系的初步分析

利用 195 8— 1992年的有关资料 ,对青藏高原冬、春季积雪异常与贵州春、夏季不同区域干旱和低温灾害的强弱关系进行了统计分析。结果发现 :青藏高原冬、春季积雪异常与贵州春、夏季不同区域干旱和低温灾害的强弱间存在明显的相关关系 ,高原异常多雪年贵州西部 4月春旱偏重 ;东部夏旱偏重 ,春季低温灾害偏轻。反之 ,高原异常少雪年贵州西部春旱和东部夏旱都偏轻 ,春季低温灾害偏重。     

地基GNSS-R在复杂地形条件下的积雪探测

GNSS-R技术是一种以GNSS为信号源的全新遥感技术, 可用于监测海洋和陆地.在地基GNSS-R积雪探测研究中, 反射区域内的复杂地形不仅会引起积雪的不均匀分布, 还使得接收机能在同一时刻接收到来自多个反射界面的反射信号, 从而增加了积雪探测的难度.针对该问题, 本文利用北极圈内斯匹次卑尔根岛上布设的GNSS-R测站, 开展了复杂地形条件下的积雪探测研究.根据不同界面上的反射信号具有不同多普勒频移的特点, 本文提出了基于傅里叶变换的谱分析方法, 将不同界面的反射信号从混合信号中分离出来, 并根据特定多普勒频率段的功率来监测地表积雪变化.基于该方法, 本文分析了反射路径位于Schetelig山地区域的8颗卫星在2014年间的反射信号, 计算结果表明: 卫星PRN 2、12和28与积雪地面介电常数之间的相关系数分别为0.02、0.20和0.05, 表明这三颗卫星的反射信号与地面介电常数之间不相关; 卫星PRN 14和20与地面介电常数之间的相关系数分别为0.29和0.26, 为低度相关; PRN 17、18和25与地面介电常数之间的相关系数分别为0.43、0.54和0.44, 为中等程度相关.研究证明本文提出的方法, 可用于探测复杂地形下的地表积雪.

     

黄河源区多、少雪年土壤冻融特征分析

利用2011年10月至2017年12月黄河源区鄂陵湖野外观测数据,对比分析多雪年与少雪年土壤冻结与消融时间、土壤温湿度、地表能量分量的变化特征。结果表明:多雪年地表反照率偏高,净辐射偏低,地表感热输送偏低,土壤由热“源”转为热“汇”的时间晚于少雪年。积雪可减少土壤吸收辐射能量,减少地表感热通量,在土壤完全冻结期与消融期增大地表潜热通量,在完全冻结期,减少土壤向大气的热输送,在消融期,减少大气向土壤的热输送。积雪在冻结期有降温作用,使得多雪年土壤较早发生冻结,且同一时期土壤温度偏低;在完全冻结期有保温作用,使得土壤温度偏高;在消融期有保温(“凉”)作用,使得消融较晚,且同一时期土壤温度偏低。在整个积雪年内,多雪年浅层土壤湿度高于少雪年,积雪对浅层土壤有保湿作用。积雪使土壤开始冻结时间有所提前,开始消融的时间有所滞后,可延长该年土壤完全冻结持续天数。