高山积雪的时空分布特征及融雪模型研究

我国是中低纬度地区冰冻圈最发育的国家。积雪是冰冻圈要素之一，对气候变化响应敏感，同时影响水文循环系统。本文以积雪的时空分布特征和融雪过程为研究对象，首先通过遥感、气象数据的统计和挖掘，分析大、中尺度上藏东南山区积雪的时空分布特征；再从点尺度上研究雪柱的垂向消融过程，依托于Niwot Ridge（美国Colorado州Rocky Mountains）积雪剖面实测资料，建立并验证基于过程的能量平衡融雪模型Snow Column。在大尺度上，提出了区域变动积雪覆盖高程（FSCE）的概念化模型，定量描述高山积雪由于海拔高差导致年内积雪消融时间差异的现象。以藏东南山区15万km~2区域为研究对象，在对25km×25km微波遥感积雪数据有效性验证的基础上，获得了FSCE模型的两个参数：无雪期中期T_m和无雪期持续时间ΔT，建立了FSCE曲线。通过对27年时间序列T_m和ΔT的TFPW-MK趋势检验发现：高海拔处以降水驱动的积雪模式主导，存在积雪期变长的现象；低海拔处以温度驱动为主，存在无雪期变长的现象。在中尺度上，基于MODIS空间分辨率500m的雪产品和植被产品数据，以上述研究区域内拉萨河羊八井小流域2665km~2丰雪区为研究对象，分析了积雪～高程和植被～高程的关系。研究发现，在积雪、植被敏感变化的高程带内，积雪～高程和植被～高程为两条近似互为反向的“S”型曲线。这一现象再次提供了积雪和植被在限定范围内的密切相关性的证据，显示了积雪、高程关系和植被、高程关系两者能够互为指示。与大尺度研究相比，更高精度的中尺度数据信息使积雪～高程关系从大尺度的线性关系丰富为中尺度的非线性“S”型曲线。在小尺度上，建立了描述单点积雪垂向消融过程的Snow Column模型。通过Niwot Ridge观测站#006雪坑剖面资料对模型验证，表明Snow Column模型能反映雪深、雪温和密度等状态量随时间的变化。通过变化气象输入条件，模型再现了雪柱整层融化、雪深减小、融水出流和雪层部分融化、压实、密度增大两种消融现象。Snow Column模型今后有待于耦合积雪空间分布资料和融水汇流过程，进一步发展为空间分布式融雪模型。