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高山积雪的时空分布特征及融雪模型研究

高洁  
【摘要】: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。


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