中国科学技术信息研究所--国家工程技术数字图书馆

[学位论文] 姚汝桢中国科学院大学 2020年博士导师: 施建成共161页

摘要 : 冰雪变化及其影响是全球性问题。作为南极和北极地区以外全球最大的冰雪分布区，在全球变暖大背景下，青藏高原的温度上升远大于周边其它地区，春夏季冰雪融化增强。这种变化短期内会增加冰雪融水量和下游径流量，但如果长时间持续下去，则有可能造成... 展开冰雪变化及其影响是全球性问题。作为南极和北极地区以外全球最大的冰雪分布区，在全球变暖大背景下，青藏高原的温度上升远大于周边其它地区，春夏季冰雪融化增强。这种变化短期内会增加冰雪融水量和下游径流量，但如果长时间持续下去，则有可能造成冰雪面积减少，从而使冰雪产水变得不可持续，造成径流量下降。因此，需要从不同角度、使用不同方法切入到冰雪变化及其影响径流变化的科学问题，论证青藏高原水资源安全。由于青藏高原幅员辽阔，不同地理单元气候带、海拔高度以及大气环流过程不同，造成气候环境的极大差异，因此，一个重要科学问题是青藏高原不同区域的冰雪变化、冰雪融化及其补给径流变化的特征有何异同，并分析造成这些特征的气候影响机制。为回答这一科学问题，本论文专注于运用遥感数据，并基于地理地带性原理采取分区统计和选取代表性对照组研究方案。论文的研究内容有两大方面:区域积雪变化和典型流域的冰川变化。为研究区域积雪变化，论文选择1997年以来的24km交互式多传感器制图系统(Interactive Multisensor Snow and Ice Mapping System，IMS)积雪数据，通过Hibert-Huang转换(Hibert-Huang Transformation，HHT)研究了青藏高原积雪变化趋势和周期;选择1988年以来的SMMR(Scanning Multichannel Microwave Radiometer)、SSM/I(Special Sensor Microwave Imager)和SSMIS(Special Sensor Microwave Imager Sounder)系列被动微波亮温，提取和分析了青藏高原不同地区每年的冰雪融化初始日期变化趋势及其和ECMWF全球大气再分析资料第五代产品(ERA5)气温变化的相关性。为研究冰川变化，论文选择了两个青藏高原南部季风区和北部西风区中具有代表性的冰川——亚拉冰川和七一冰川。通过集成地面观测（气温、降水和径流量）和多源遥感数据（包括MODIS地表温度、TRMM降水、MODIS积雪和MODIS蒸发数据）驱动高山径流模型，模拟了冰川物质平衡、径流和流域积雪面积三个参数，并与实测数据比较，找到了最佳的模拟方案（包括模型系数和驱动数据集）。通过分析冰川物质平衡、冰川零平衡线和径流量变化，结合气温和降水因素，分析了两条冰川流域变化差异背后的气候成因。论文结论可归纳为以下四个方面: 一、1997年至2012年，青藏高原积雪覆盖面积总体呈现每十年4％的减少趋势，共减少了5.7％。根据HHT分析表明，青藏高原积雪变化除年周期外，有一个2年左右的气候性周期。基于微波亮温的冰雪融化初始日期监测结果表明，1988年至2018年，青藏高原大多数地区冰雪融化初始日期有提前趋势，只有喀喇昆仑山和部分西昆仑山地区保持相对稳定甚至有轻微的延后趋势。亚拉冰川和七一冰川局部地区，也呈现为每年-0.41天和-0.16天的融化提前趋势。二、通过高山径流模型模拟与分析，研究发现:2010-2018年间，青藏高原南部亚拉冰川多年物质平衡值为-736.7mm，七一冰川为-567.9mm，且亚拉冰川物质平衡呈现加速亏损，而七一冰川的亏损在弱化。在七一冰川所在的托勒河流域，气温升高加快了冰川融化且西风加强增大了流域降水量，两个作用叠加效果使托勒河径流量增加;但在亚拉冰川所在的堪津流域，虽然冰川融水增加，但降水量减少且不能被冰雪融水贡献弥补，导致堪津流域径流量呈现减少趋势。三、研究发现青藏高原南部的亚拉冰川物质平衡和补给径流变化与印度夏季风指数(ISM)存在正遥相关统计特征，而北部七一冰川的变化与北大西洋涛动指数(NAO)之间存在正遥相关统计特征。这表明从宏观尺度上，南北两个不同地带气候单元的冰川变化，分别对印度洋季风和西风变化敏感。其中，堪津流域径流量增多和托勒河流域径流量减少，很可能是分别对青藏高原季风减弱和西风加强的动态响应。四、遥感数据应用结果证明了遥感数据在青藏高原冰雪研究中的作用。遥感分析得到的冰雪消融初始日期变化与气温资料的相关性，证明了前者的可靠性。当遥感数据应用到冰川流域模拟时，本论文研究表明MODIS地表温度和TRMM降水资料经简单校正后能用于驱动高山径流模型。在亚拉冰川所在的堪津流域，引入TRMM降水资料对各参数模拟的改进作用是显著的;在七一冰川所在的托勒河流域，引入MODIS温度资料对模拟结果的改进作用也十分明显。收起

关键词 : 积雪变化冰川过程气候变化

2. 青藏高原高寒植被固碳过程对积雪变化的响应研究

[学位论文] 游永发中国科学院大学 2019年硕士导师: 王思远共122页

摘要 : 在全球气候变化影响下，青藏高原的高寒植被生态系统及其积雪环境均发生了显著变化。高寒植被作为该地区主要碳库，其动态变化不仅对区域碳循环影响重大，同时也会通过气候-土壤-植被之间的正负反馈作用对周边区域乃至全球范围内的生态、气候与水文等... 展开在全球气候变化影响下，青藏高原的高寒植被生态系统及其积雪环境均发生了显著变化。高寒植被作为该地区主要碳库，其动态变化不仅对区域碳循环影响重大，同时也会通过气候-土壤-植被之间的正负反馈作用对周边区域乃至全球范围内的生态、气候与水文等过程产生重要影响。另外，积雪作为青藏高原地表最活跃的要素之一，其动态变化会通过改变土壤温度与湿度环境进而对高寒植被固碳过程产生重要影响，但目前对于这种影响的认识还相对较少。因此，开展积雪变化影响下高寒植被固碳过程的响应研究，不仅有助于增进对高寒植被生态系统的理解，同时也能够提高通过模型计算气候-土壤-植被之间物质与能量交换的精度，这对于准确评估高寒植被生态系统的响应机制，积极应对全球变化均具有重要意义。本文以Biome-BGC生态过程模型为基础，通过结合遥感物候与涡度通量观测数据对Biome-BGC模型的物候模块及其植被生理生态参数分别进行了改进与优化，而后基于优化后的Biome-BGC模型反演了青藏高原在过去三十多年的植被固碳过程关键参量，进而分析了高寒植被固碳过程对气候变化以及积雪变化的响应机制，取得的主要结论如下: (1)Biome-BGC模型的原始物候模块在模拟高寒地区的植被物候时存在严重的偏差，而利用遥感物候对模型结构予以改进后的Biome-BGC模型则能够更加准确地模拟高寒植被的物候参数。另外采用模拟退火算法对经过Morris方法和Sobol'方法筛选出的敏感性植被生理生态参数进行优化后的Biome-BGC模型能够更加准确地模拟高寒植被的固碳能力，其相比于原始Biome-BGC模型的模拟精度有了显著提升。 (2)受地形条件与水热梯度的影响，青藏高原高寒植被的固碳能力存在明显的空间异质性，其呈现出了从东南向西北逐渐减小的趋势。另外，根据1982-2015年高寒植被各固碳关键参量的年均值统计结果，青藏高原高寒植被在过去30多年的GPP年均值为537.7gC/m2/yr，NPP年均值为289.1gC/m2/yr，NEP年均值为17.8gC/m2/yr，同时它们均呈现出了显著增长趋势，其增长速率分别为3.81gC/m2/yr,1.97gC/m2/yr和1.03gC/m2/yr。 (3)青藏高原高寒植被固碳过程对不同气象因子变化的响应存在差异。其中，温度因子和降水因子对于植被固碳能力的变化起着主导作用，而饱和水汽压差因子以及太阳短波辐射因子的影响则相对较小。另外，大部分区域内的植被固碳能力与温度和降水因子之间均具有显著地正相关关系，而对于饱和水汽压差以及太阳短波辐射因子则只有少部分地区呈现出了显著相关关系，且显著正相关区域和显著负相关区域的面积相差不大。 (4)不同地区与不同植被类型的植被固碳过程对积雪变化的响应存在明显差异。其中，在青藏高原的东南部地区、藏北高原以及冈底斯山区域的植被固碳过程与积雪变化之间呈现出了显著地相关关系，且以显著负相关为主。从不同植被类型的响应结果来看，高寒草原植被类型的固碳过程与积雪变化之间具有明显的相关关系，而其他几种植被类型的相关性则不明显。另外，在不同温度、降水和海拔梯度以及不同生态地理单元内植被固碳过程对积雪变化的响应也存在区域差异。收起

关键词 : 高寒植被固碳过程积雪变化响应机制

3. 北半球不同植被下积雪变化特征及模拟订正

[学位论文] 石瑞兰州大学 2020年硕士导师: 管晓丹共55页

摘要 : 季节性积雪是冰雪圈最活跃的组成部分之一，具有高反照率和低热传导率的特征，不仅会改变局地水循环，还会影响局地能量收支。本文以北半球季节性积雪作为研究对象，采用1980-2014年MERRA2再分析资料、CMIP6历史模拟资料及2015-2100年CMIP6未来模拟资... 展开季节性积雪是冰雪圈最活跃的组成部分之一，具有高反照率和低热传导率的特征，不仅会改变局地水循环，还会影响局地能量收支。本文以北半球季节性积雪作为研究对象，采用1980-2014年MERRA2再分析资料、CMIP6历史模拟资料及2015-2100年CMIP6未来模拟资料，对北半球近35年积雪的分布特征和变化趋势进行了分析，比较了不同排放情景下积雪的未来变化；结合MODIS提供的下垫面类型及NDVI数据，分析了北半球中高纬度地区积雪变化对植被的影响及模式模拟；使用线性订正和EEMD替换分量的方式对模式结果分别进行订正，并比较了订正前后的差异。结果表明： (1)在再分析资料中，1980-2014年间北半球积雪主要分布在中高纬度地区，积雪覆盖及雪深整体均呈下降趋势，下降速率分别为-2.85×10-2%/a和-2.91×10-4m/a。积雪覆盖和雪深的变化具有显著的季节特征，在不同的季节表现出不同的变化。其中，积雪覆盖在春季和秋季表现出最显著的下降，下降速率分别为-3.10×10-2%/a和-4.48×10-2%/a，而雪深在春季和冬季下降最显著，下降速率分别达-4.08×10-4m/a和-3.48×10-4m/a。下降最显著的地区是落基山脉、欧洲和青藏高原。而在模式的历史模拟结果中，积雪覆盖及雪深的整体下降趋势均大于再分析数据，这主要是由于模式没有再现中纬度地区的上升趋势。在未来不同情景下，积雪将继续下降。在SSP1-2.6情景下，积雪覆盖和雪深下降最少，并在2040年后几乎不变。在SSP5-8.5情景下，积雪覆盖及雪深下降最剧烈，到2100年将仅为现在的一半。 (2)从积雪过程来看，积雪的堆积和消融过程在不同植被类型上呈现出不同的特征。在北半球中高纬度地区，积雪在稀疏灌木中最先开始堆积并达到最大值，其次是常绿针叶林，而在混交林中堆积最慢，这导致了积雪覆盖与雪深的关系曲线呈现出不同的形态。随着气候的变化，积雪覆盖与雪深的关系曲线也发生了变化，并通过改变生长季和生命周期等对植被产生影响。2001-2012年间，北半球中高纬度地区常绿针叶林及混交林不断向北扩张，而稀疏灌木覆盖面积整体收缩，北半球中高纬度地区的NDVI随之增加。然而，CMIP6模式并没有很好地再现积雪过程的变化，尤其是在堆积和消融阶段中期，与再分析数据存在显著差异。在未来情景中，积雪覆盖和雪深随着排放的增加下降加剧，而积雪过程也随之改变。 (3)比较MERRA2再分析资料与CMIP6历史模拟资料的结果，发现模拟结果与再分析资料存在一定差异。积雪覆盖和雪深差异最显著的地区是落基山脉和青藏高原，年平均值最大差异分别达20%和0.1m以上。平均值和趋势差异最大的季节是春季和冬季。利用年平均值建立线性回归，对模式结果进行订正后，模式结果与再分析资料之间年平均值的差异整体减小，但季节平均值和趋势的差异仍然较大。而分季节逐点订正后，季节平均值的差异进一步减小，但趋势差异仍然显著。采用EEMD方法对模式结果进行分解，并将模式中的年代际分量和长期趋势替换为再分析资料的分量，结果大部分区域的平均值和趋势差值均显著减小。收起

关键词 : 积雪变化模式模拟植被变化

4. 西风带印度河上游的冰川、积雪变化及其对径流的补给过程特征——以Astore流域为例

[学位论文] Suhaib Bin Farhan 中国科学院大学 2014年博士导师: 张寅生共210页

摘要 : 印度河上游流域(UIB)位于青藏高原西部，大部分地区隶属于兴都库什-喀拉昆仑-喜马拉雅山脉(HKH)区域，境内的主要河流维持着下游数以百万计居民的生产生活，故巴基斯坦农业经济高度依赖于UIB地区融冰、融雪带来的水源补给。该流域冰川覆盖面积占12％，... 展开印度河上游流域(UIB)位于青藏高原西部，大部分地区隶属于兴都库什-喀拉昆仑-喜马拉雅山脉(HKH)区域，境内的主要河流维持着下游数以百万计居民的生产生活，故巴基斯坦农业经济高度依赖于UIB地区融冰、融雪带来的水源补给。该流域冰川覆盖面积占12％，西风环流引起的季节性积雪覆盖面积占50％～60％，因此该地区70％左右的年径流量来自于冰川与积雪融水。 UIB地区夏季降水较少，主要以冰川、积雪融水为主，在气候变化背景下，该流域河流年径流量受其季节变化的影响明显。在高海拔地区，尤其是在喀拉昆仑地区以及巴基斯坦境内的喜马拉雅西北部，冰川水文观测与实地调查比较薄弱，这限制了对冰川变化-河流径流相关关系的深入认识。本文将围绕UIB整个流域开展研究，并结合实地水文气象资料、多类型遥感卫星产品重点调查Astore流域的冰川水文变化机制。另一方面，在气候变化背景下，“喀拉昆仑异常”现象在科学界一直争论不休，本文还讨论了气候变化对喀拉昆仑山脉及喜马拉雅山脉西部流域的冰川水文特征带来的影响。基于长时间序列径流数据、气象要素资料，研究发现，过去几十年UIB地区春季径流开始的时间有提前的趋势，即近年来春季回暖期提前，这在一定程度上解释了因积雪消融期提前而带来的春季洪峰期的变化。春季径流量的增加、夏季径流量的减少表明积雪消融与春季洪峰的发生时间波动显著。由于低海拔地区冬季气温普遍接近0℃，使得该现象在低海拔区域尤为明显。通过径流流量分离法认为:1966-2010年期间，喀拉昆仑地区Hunza流域的冰川面积以8.4-9.5mm/yr的速率增加。尽管1974-1995年期间，Astore流域内冰川面积以22-24mm/yr的速率下降，但1995年以后，该地区的冰川面积以26-29 mm/yr的速率增加，总体来讲，1974-2010年间，喜马拉雅西北部Astore流域的冰川面积没有明显变化、冰川处于稳定状态。早期有关该流域冰川响应全球气候变化的模式分析认为:流域内短期流量增加主要与冰川面积的持续退缩有关，本研究在喀拉昆仑以及喜马拉雅西部地区也发现类似现象。此外，通过分析气象要素认为该现象在未来几十年内不会出现。通过分析Astore流域不同类型的遥感产品，发现1973-2013年间冰川面积总体减少了0.3％，减少率为0.025％/年。鉴于数据自身误差，本研究认为过去40年Astore流域内大部分冰川处于稳定状态，这与冰川末端位置没有变化所揭示的现象一致。同时，2003-2008年GLAS-ICESAT激光测高数据也表明冰川厚度稳定，部分冰川有小幅度增长的趋势。相关性分析的结果表明:Astore流域年径流量变化主要受降水影响，受流域内气温变化影响较小，同时也不受冰川融化控制。夏季气温下降、冬季降雨增多均意味着冰川消融量的减少及积累量的增多，这些均可能导致冰川物质为正平衡。此外，Astore流域内山谷冰川均覆盖较厚的表碛，这种表碛物会影响冰川运动，改变了冰川-大气之间的相互作用，也可能引起冰川出现正平衡。而且，基于区域气候驱动数据、实测资料，本研究运用度日因子融雪模型模拟了Astore流域不同空间尺度积雪与冰川消融的水文过程。结果表明，度日因子模型可以有效地模拟UIB地区的日径流过程。1960-2013年间，Astore流域内径流量呈现微弱递减趋势。敏感性试验也发现，升温将极大地影响冰川融水对流域径流量的贡献。2050年，持续的升温将引起冰川融水径流大幅增长14％，此后，由于冰川不断退缩，融水径流骤减，到本世纪末，冰川融水对河流径流的贡献相比目前将减少30％。然而，伴随着夏季气温骤降、降水增多以及冰碛物大量覆盖，Astore流域内的冰川处于稳定状态，这与喜马拉雅西北部、喀拉昆仑地区观测到的冰川状态相一致，但与喜马拉雅的东部冰川大面积缩减的情况相反。与全球其他地区相比，该地区冰川的响应过程与其他地区的冰川截然不同。然而由于大量水利工程正在建设，出于对巴基斯坦经济的考虑，未来需要密切关注该地区的冰川变化、气候特征。总之，UIB地区的冰冻圈变化变化及水文效应极其有可能影响巴基斯坦未来的战略计划，并将迫使电力行业与农业部门出台新的改革制度与适应政策。收起

关键词 : 冰川水文特征积雪变化融化控制

5. 青藏高原积雪变化的特征、原因和影响

[学位论文] 王志彪中国科学院大学 2018年博士导师: 吴仁广；黄刚共158页

摘要 : 积雪是气候变化的一个重要因子，对地表的能量收支和水循环都有显著影响。青藏高原通过热力和动力作用对区域和全球气候的变化产生影响，同时也是气候变化的敏感区，在过去的半个多世纪升温显著。青藏高原地表气温明显低于同时期同纬度的其他区域，全... 展开积雪是气候变化的一个重要因子，对地表的能量收支和水循环都有显著影响。青藏高原通过热力和动力作用对区域和全球气候的变化产生影响，同时也是气候变化的敏感区，在过去的半个多世纪升温显著。青藏高原地表气温明显低于同时期同纬度的其他区域，全年均有积雪分布。自上世纪70年代以来，由于高原上气象台站的增加和卫星观测数据的应用，对高原积雪的研究取得了一些显著进展。然而，对于年际和年代际时间尺度上高原积雪变化的原因，高原积雪变化对局地气候的影响，夏季高原积雪年际变化对气候变异的影响等仍不清楚。本论文基于卫星观测的积雪数据和其他多种观测和再分析数据，通过统计分析、动力诊断和模式模拟的方法就上述问题进行研究。主要结论如下: (1)青藏高原积雪在1979-2006年的长期变化具有明显的区域和季节差异。高原西部区域的夏、秋季节和南部区域的四个季节雪盖均为显著减少的趋势，如西部区域的夏季和南部区域的夏、冬季雪盖的减少趋势分别为-8.01％/10a、-6.77％/10a和-9.42％/10a。东部区域的秋、冬、春季雪盖均为显著增加的趋势，分别为6.37％/10a、4.80％/10a和9.37％/10a。雪水当量在高原东部区域的秋、冬、春季也均为增加趋势，分别为0.68mm/10a、0.97mm/10a和1.51mm/10a。高原西部偏西区域的冬、春季雪水当量也有较显著的增加趋势。高原西部的夏、秋季以及南部的四个季节雪水当量与雪盖的变化一致，均为减少的趋势。 (2)青藏高原不同区域和季节积雪长期变化的原因不同。夏季高原西部和南部积雪的减少，主要是由于地表气温增加导致融雪加快所致，即热力因子起决定作用;冬季高原南部积雪的减少则主要由大气的下沉运动使得降雪减少所致，即动力因素起主导作用。高原西部偏西区域冬、春季和东部的秋、冬、春季积雪的增加主要是大气动力和热力因素共同作用的结果，即大气上升运动和大气中水汽含量同时增加，导致降雪增加，由于冬季融雪率低，使得积雪增加。高原积雪与地表气温长期变化的关系可归纳为两类。第一类为地表气温增加而积雪减少，这种情况主要出现在高原西部区域的夏、秋季和南部区域的四个季节;第二类为地表气温和积雪均为增加趋势，主要出现在高原东部的秋、冬、春季和西部偏西区域的冬、春季。 (3)夏季高原西部和南部积雪的年际变化通过不同的大气环流异常对东亚夏季降水产生影响。夏季青藏高原西部和南部积雪的年际变化是相互独立的，均对局地气候有影响显著。由于积雪的反照率效应，能反射掉大部分入射的短波辐射，使向上的短波辐射增加，地表气温、表层土壤温度降低，感热和潜热减少。积雪变化也影响整层大气的能量收支，正的积雪异常伴随着上空大气的冷却。西部的积雪异常在亚洲中纬度区域激发出明显的波状环流异常，而南部的积雪异常所产生的环流异常主要位于热带印度洋和西北太平洋区域。在东亚和西北太平洋地区，西部和南部的积雪异常所激发的降水异常分布较相似。积雪为正异常时，长江流域到日本东部和赤道中太平洋区域有正降水异常，副热带西太平洋区域为负降水异常。两者相比，南部积雪异常产生的环流和降水异常相比西部更为显著。 (4)夏季高原西部积雪的年际变化受前期北大西洋海温异常所产生的环流异常的影响。高原西部夏季雪盖异常主要来自于其前期五月份积雪异常的持续。五月份的积雪变化受到位于北半球中纬度区域从北大西洋到东亚的大范围环流异常的影响，该环流异常源于五月份北大西洋海温异常的影响。通过正压大气模式和大气环流模式的模拟，进一步确认了五月份北大西洋的海温异常通过北半球中纬度地区的异常波列影响同期高原西部区域的环流变化。 (5)秋、冬、春季高原积雪的年际变化与上游大范围环流异常相关。秋、冬、春季高原中东部区域积雪的年际变化对局地气候影响显著，通过影响地表的能量收支，进而对上空的大气柱产生冷却作用。秋季高原中东部区域积雪的变化与上游大范围的环流异常有关。在北半球中高纬度区域存在从东北太平洋经北大西洋到东亚地区的波列，能导致高原上空产生环流异常，影响积雪的变化。通过大气环流模式模拟发现该波列的产生可能与东北太平洋和北大西洋西部的海温异常有关。冬季高原中东部区域积雪的变化受欧亚大陆中高纬度地区地表气温异常的影响。伴随着冬季高原中东部区域积雪的正异常，在欧亚大陆中高纬度区域存在显著的南风分量异常和地表气温正异常，在高层有明显的反气旋性环流异常，北大西洋上空有类似于北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation，NAO)的环流异常结构。欧亚大陆中高纬度地表气温的正异常是由NAO导致的南风分量异常所引起的正温度平流异常产生的。冬季高原中东部的积雪异常主要受欧亚大陆中高纬度温度异常的影响，NAO的直接影响非常有限。春季高原中东部的积雪异常部分来自于前期秋冬季积雪异常的持续，同时也受上游大气环流异常的影响。 (6)春季高原积雪的年际异常通过不同路径对北美大陆的气候产生影响。观测和模式模拟发现春季高原中东部区域积雪异常所产生的环流异常，一支经过东北亚一直往东北方向传播到北美大陆北部;另一支穿过热带太平洋，对副热带东太平洋地区的环流和降水产生影响，并继续向东北方向传播影响北美大陆的气候，特别是气温的变化。当春季高原积雪为正异常时，在北美大陆北部能产生显著的地表气温正异常。春季高原中东部积雪对夏季东亚区域的环流和降水也有显著的影响，使夏季东北亚到日本东部的大片区域产生明显的正降水异常。收起

关键词 : 青藏高原积雪变化区域差异年际特征

6. 青藏高原植被物候对积雪变化的响应机制研究

[学位论文] 汪箫悦中国科学院大学 2016年硕士导师: 王思远共89页

摘要 : 植被物候是研究植被生态系统变化的关键参数之一，植被物候变化直接反映了生物圈对气候变化的响应。同时，植被物候期的改变会影响植被的蒸腾、光合作用以及植被生产力，进而影响整个陆地生态系统的能量流动、碳循环与水循环等。积雪作为地表覆盖的重... 展开植被物候是研究植被生态系统变化的关键参数之一，植被物候变化直接反映了生物圈对气候变化的响应。同时，植被物候期的改变会影响植被的蒸腾、光合作用以及植被生产力，进而影响整个陆地生态系统的能量流动、碳循环与水循环等。积雪作为地表覆盖的重要组成部分，是地表最活跃的自然要素之一，其相关参数（如积雪覆盖日数、积雪面积、积雪开始日期、积雪融化期等）是全球能量平衡、气候、水文以及生态模型的重要输入参数。青藏高原拥有典型的高寒植被生态系统和丰富的积雪资源，随着全球变暖，青藏高原的积雪环境发生了显著的变化，而这些变化势必会对高寒植被的整个生态系统产生影响。因此，全面分析全球变化影响下的高原积雪变化及其对高寒植被生态系统的影响，准确理解高寒植被生态系统对积雪环境变化的响应与适应机制，对于青藏高原长期生态环境保护和应对全球变化制定适应对策都具有重要意义。论文基于GIMMS NDVI数据和MODIS NDVI数据，首先采用动态阈值法反演了青藏高原1983-2012年的高寒植被返青期(start of the growing season，SOS)、生长结束期(end of the growing season，EOS)和生长季长度(length ofthe growing season，LOS);基于NOAA/AVHRR LTDR数据和MODIS每日积雪产品获取了青藏高原1982-2012年的逐日无云积雪覆盖产品，进而计算了每个水文年的积雪日数(snow-covered days，SCD)、积雪开始日期(snow cover start date，SCS)和积雪融化期(snow cover melt date，SCM)。分析了近三十年来青藏高原植被物候和积雪的时空变化规律以及植被返青期对积雪变化的响应机制，得出了以下结论: (1)整体上青藏高原SOS主要集中在四月下旬到五月上旬，但受到水热梯度和地形条件的影响，表现为从东南向西北逐渐推迟;EOS表现为较为明显的南北分异，南部地区主要结束在十月下旬，而北部地区结束在十月中旬之前;LOS主要集中在170-200天，且从东南向西北逐渐缩短。1983-2012年，植被物候整体的变化趋势不明显，但在空间分布上，高原东部地区SOS显著提前，EOS显著推迟，LOS显著延长，而高原西部则呈现出相反的规律。 (2)基于AVHRR反演的积雪产品和MODIS积雪产品具有显著的一致性，利用AVHRR积雪产品分析青藏高原积雪的时空变化具有可行性。青藏高原积雪的分布具有明显的地域性差异，高海拔的山区积雪开始早，融化晚，积雪日数在180天以上;高原中部受周围山地的影响，水汽输入受阻，SCS较晚，SCM较早，SCD在30-90天;藏南谷地、藏北羌塘高原、柴达木盆地及祁连山南部地区距离水汽源较远，积雪相对匮乏。1982-2012年，SCD整体呈现出减少的趋势，减少速率为0.71d/a(P＜0.05);SCM表现为较为显著的提前趋势，提前速率为0.32d/a; SCS为不显著的推迟趋势，推迟速率仅为0.09d/a。 (3)不同地区、不同植被类型的SOS对积雪变化的响应存在差异。32.3％的区域SOS与SCD有显著的相关性，主要分布在高原中部和西部地区，其中以显著负相关为主;高原中部和藏北高原地区的SOS受SCS变化影响显著，约占24.2％;17.6％的区域SOS与SCM有显著的负相关性，主要分布在高原中部地区，5.1％的区域存在显著的正相关性，主要分布在高原东部。从不同高寒植被类型看，高寒草原SOS与积雪的相关性最为显著，而高寒灌丛SOS与积雪参数间没有明显的相关性。从响应关系来看，位于青藏高原西北部的羌塘高原高寒草原区受积雪的影响最为显著，随着SCS推迟，SCM提前，SCD减少，该区域植被的SOS出现了显著推迟的趋势。 (4)植被返青期对积雪的响应关系受气候因素、地形因素和生态地理分区的影响。在年均温低于-9℃和年降水量少于150mm的地区，SOS与积雪间没有显著的相关性;年均温在-8-0℃的区域，SOS与SCS呈显著正相关，与SCD呈显著负相关;而随温度进一步升高，SOS与积雪的相关性逐渐减弱;年降水量在200-500mm的地区SOS受积雪变化的影响显著，而年降水量超过500mm的地区SOS受积雪变化的影响较小。就各生态分区来看，青南高寒区(HIC1)、羌塘高寒区(HIC2)和昆仑高寒区(HID1)的SOS表现出轻微的推迟趋势，其他各区域SOS均出现不同程度的提前，而积雪的变化在不同生态单元内的差异很大;处于高原亚寒带半干旱地区的SOS对积雪变化的敏感程度要明显大于其他地区。从垂直地带上看，随海拔的升高，SOS和SCM逐渐推迟，SCS逐渐提前，SCD逐渐增加;在海拔4700-5400m范围内的SOS受积雪变化的影响显著。 (5)分不同生态单元建立了不同植被类型SOS与温度、降水、积雪和海拔间的多元回归模型。结果表明，温度是影响SOS的主要因素，但不是唯一因素。高寒草甸和苔原SOS受降水变化的影响显著，尤其寒冷干旱地区的植被SOS对积雪的变化更为敏感。收起

关键词 : 植被物候积雪变化生态响应高原地区

7. 2002-2018年西昆仑山地区山谷地貌单元积雪变化及其对气候的响应

[学位论文] 陈曙阳兰州大学 2021年硕士导师: 杨太保共87页

摘要 : 积雪是冰冻圈的重要组成部分，是全球最为活跃的地表覆盖类型之一，对全球水循环有重要意义。在西北干旱区，积雪是不仅是重要的固态淡水资源，更是山地冰川发育的重要物质基础。因此，对西北干旱区积雪覆盖与气候变化间关系进行研究，在水循环研究中... 展开积雪是冰冻圈的重要组成部分，是全球最为活跃的地表覆盖类型之一，对全球水循环有重要意义。在西北干旱区，积雪是不仅是重要的固态淡水资源，更是山地冰川发育的重要物质基础。因此，对西北干旱区积雪覆盖与气候变化间关系进行研究，在水循环研究中具有一定的科学意义。西昆仑山位于我国西北内陆地区，区域内部发育有多条冰雪融水补给型河流，其积雪季的积雪储量是和田市、于田县、叶城县、皮山县等地春季和夏季重要的淡水补给来源。前人在西昆仑山地区积雪变化对气候的响应研究方面多为区域整体性分析或者以流域为范围进行分析，缺乏对不同区域积雪变化与气温和降水的关系进行定量化分析和显著性评估。因此，分析西昆仑山地区积雪季山谷积雪时空变化及其气候影响因素，有助于理解积雪变化对气候变化的响应。此外，西昆仑山地区为极大陆型冰川发育区，因山谷地形具有良好的冰雪赋存性，区域内发育有大量山谷冰川，但迄今为止，西昆仑山地区冰川面积变化遥感解译结果和冰川物质平衡计算结果方面仍存在较大分歧，而西昆仑山地区积雪季积雪量的多寡是影响山谷冰川发育和物质平衡的重要因素，因此，研究西昆仑山地区积雪谷地积雪季积雪覆盖的时空变化趋势，可以为西昆仑山地区冰川发育和变化研究提供更多资料。因此，本文以西昆仑山为研究区，以ALOS高程数据等作为基础分析数据，使用MATLAB软件对研究区内山谷地貌单元进行了提取，使用GoogleEarth软件对提取结果进行了检验，最终提取出1303个山谷地貌单元。其次，结合MODIS积雪数据（MOD10A1和MYD10A1V6版本全球日积雪覆盖数据），计算了研究区内山谷地貌单元积雪指数逐月变化趋势，确定了9月至次年4月为积雪增加季，简称积雪季。分析了17年间，山谷内部积雪季积雪指数均值、积雪指数最大值和积雪日比例的时空变化趋势。最终结合ERA5气象数据（全球第五代气候再分析逐月数据集）中的月平均气温和月总降水量数据，定量化计算了不同地区气温与降水对积雪季谷内积雪变化的影响力大小和显著性程度，讨论了西昆仑山地区积雪季山谷地貌区积雪变化对气候变化的响应，尝试探究了积雪季山谷积雪覆盖时空变化与区域冰川物质平衡之间的对应关系。本文主要结论如下：（1）西昆仑山地区积雪季山谷积雪变化存在较大的时空异质性，积雪季山谷积雪覆盖整体呈现弱下降趋势，在空间差异上，西部和中部地区山谷积雪覆盖表现出下降趋势，东部和西南部地区山谷积雪覆盖表现出上升趋势。（2）西昆仑山地区积雪季降水量整体呈现减小趋势，空间上呈现西高东低、北高南低的分布特征。气温整体呈现上升趋势，空间上呈现出东高西低、北高南低的分布特征。MK突变检验发现，平均气温在2011年突变增高，最高气温在2010年突变增高，最低气温在2012突变增高。（3）西昆仑山地区积雪季山谷积雪变化对气候变化的响应在时间上表现四个阶段性变化，空间上表现出从东南至西北受气候变化影响逐渐增大。在显著性分析中，气温在几乎在全部研究范围内对山谷积雪呈现显著性影响，降水仅在北部低海拔山区表现出较高显著性。本文研究了2002-2018年间西昆仑山地区积雪季山谷积雪覆盖的时空变化特征，分析了研究时间段内积雪季气温和降水时空分布规律和变化趋势。明确了积雪季山谷积雪变化对气候变化的响应在不同地区呈现出的差异性特征，为西昆仑山地区冰雪变化研究提供了新的资料。收起

关键词 : 积雪变化山谷地貌时空特征气候变化

8. 五台山积雪变化趋势及其影响因素

[学位论文] 范强太原理工大学 2022年硕士导师: 刘楠共67页

摘要 : 在全球气候变暖的背景下，积雪对气候变化高度敏感，是气候变化指示器，是重要的淡水资源，在全球能量交换、大气环流和水文循环中扮演着重要角色，探究积雪变化特征对区域气候、水资源、生态水文等领域具有重要的研究意义。积雪变化具有空间异质性，... 展开在全球气候变暖的背景下，积雪对气候变化高度敏感，是气候变化指示器，是重要的淡水资源，在全球能量交换、大气环流和水文循环中扮演着重要角色，探究积雪变化特征对区域气候、水资源、生态水文等领域具有重要的研究意义。积雪变化具有空间异质性，积雪变化在不同时空尺度和高山林地区域的研究以及积雪对影响因素的响应分析是积雪研究的重点。五台山是华北寒冷湿润中心，位于海河流域上游，积雪是该区河流、地下水的重要补给来源之一，五台山水资源丰富，溪流众多，终年不竭。本研究基于MODIS积雪产品，结合微波遥感数据，对五台山地区2000-2019水文年积雪变化趋势进行研究，分析了积雪面积、积雪日数、积雪初日、积雪终日、积雪持续时间的变化特征，探究了积雪面积与气温、降水量等气象因素和海拔、坡度、坡向等地形因素的内在联系。研究主要结果如下：（1）五台山积雪覆盖多分布于该区西北部，积雪期为当年10月至翌年4月，多在1月、2月达到峰值，5月至9月为年内低值期，5月达到谷值。2000-2019水文年年际尺度下各积雪参数年际变化：积雪面积呈显著减小趋势（p＜0.05），在2012-2013水文年间由增加趋势突变为减少趋势；积雪日数呈显著减少趋势（p＜0.05），在2003-2004水文年间由增加趋势突变为减少趋势，积雪日数空间上只有18.97%的区域呈显著减少趋势，其中62.08%的区域为草本植物覆盖；积雪初日呈显著延后趋势（p＜0.05），在2009-2010水文年间由推迟趋势突变为提前趋势；积雪终日呈提前趋势，在2009-2010水文年间由推迟趋势突变为提前趋势；积雪持续时间呈缩短趋势，在2015-2016水文年间发生突变，由缩短趋势突变减缓。（2）五台山积雪面积年内随时间与气象因素呈极显著负相关（p＜0.01），且与气温相关系数高于降水量，空间分布上，积雪面积与海拔呈极显著正相关（p＜0.01），积雪日数与海拔呈显著正相关（p＜0.05），在坡向上具有“北坡最多、南坡最少”的分布规律。（3）积雪面积年际变化与最高气温呈极显著负相关（p＜0.01），在春季与最高气温极显著负相关（p＜0.01），在秋、冬季与最高气温显著负相关（p＜0.05）；积雪面积在秋季与降水量显著正相关（p＜0.05），在冬季与降水量极显著正相关（p＜0.01）。积雪日数在春、夏季与最高气温显著负相关（p＜0.05），在春季与降水量显著正相关（p＜0.05）。受气候变化影响，降水量发生突变导致积雪日数年际变化突变，平均气温发生突变导致积雪面积年际变化突变，且海拔升高，积雪面积受平均气温突变影响减弱。收起

关键词 : 积雪变化时空特征地形因素气象因素

9. 中国三大积雪区积雪变化对春季径流的影响

[学位论文] 刘晓娇中国科学院大学 2020年博士导师: 陈仁升共134页

摘要 : 作为冰冻圈的重要组成部分，积雪是联系冰冻圈各个组成要素的重要纽带，也是影响全球气候系统的关键因素，影响着全球水分及能量平衡，同时对植被生态系统、土壤性质、区域气候环境等都有影响。然而，随着全球气候变暖，气候极端事件频发，积雪时空分... 展开作为冰冻圈的重要组成部分，积雪是联系冰冻圈各个组成要素的重要纽带，也是影响全球气候系统的关键因素，影响着全球水分及能量平衡，同时对植被生态系统、土壤性质、区域气候环境等都有影响。然而，随着全球气候变暖，气候极端事件频发，积雪时空分布也发生了明显改变，尤其是在北半球中纬度及中低纬度山地等地区，从而使流域积雪水文过程也发生了明显改变。作为欧亚大陆积雪的主要分布区，中国积雪主要分布在新疆地区、东北-内蒙地区和青藏高原，积雪融水量占全国地表年径流量的13％左右，在水资源管理和利用中具有重要作用。研究分析全球变暖背景下中国三大积雪区积雪变化及对春季径流的影响，对适应和应对未来气候变化带来的影响具有重要意义。积雪变化如何影响流域春季径流？影响程度如何？目前，国内有关积雪变化对径流的影响研究主要针对于某一流域，缺乏大尺度的宏观及区域差异研究。因此，本文基于地面台站逐日积雪深度观测数据，结合经由气象台站校正的被动微波遥感雪深数据、水文观测资料，选取了三大积雪区的19个典型流域，对温升背景下的积雪变化特征及其对1960～2015年中国三大积雪区流域春季径流的影响进行了全面分析和评估。主要结论如下: (1)过去50a来，中国三大积雪区积雪发生了显著变化:研究区积雪初日明显推迟，积雪终日明显提前，积雪期明显缩短，冷季(11月至次年3月)雪深增加。1960～2015年间，新疆地区、东北-内蒙地区、青藏高原积雪初日平均分别推迟1.3d/10a、0.7d/10a和2.1d/10a;积雪终日平均分别提前0.5d/10a、1.1d/10a和2.9d/10a;积雪期平均缩短率分别为1.5d/10a、1.9d/10a和5.2d/10a;冷季雪深平均增加率分别为0.8cm/10a、0.6cm/10a和0.1cm/10a。积雪日数在青藏高原略有缩短趋势，在新疆地区、东北-内蒙地区均有增加趋势且均通过了p＜0.1的显著性检验。 (2)过去50a来，中国三大积雪区春季流域径流发生了显著变化，且存在明显的差异特征:①3月径流量呈增加趋势（或基本无变化）的流域比例为74％;②4月径流量呈减少趋势的流域比例:东北-内蒙地区(75％)＞青藏高原(71％)＞新疆地区(38％);③5月径流量呈减少趋势的流域比例:东北-内蒙地区(100％)＞青藏高原(57％)＞新疆地区(25％);④春季（3月至5月）径流量呈增加趋势的流域比例:新疆地区(63％)＞青藏高原(57％)＞东北-内蒙地区(25％);⑤春季径流比重（春季径流量占年径流量的比重）呈减小趋势的流域比例:东北-内蒙地区(100％)＞新疆地区(63％)＞青藏高原(57％);⑥1985年后较1985年前，3月径流比重呈现上升趋势的流域比例由26％提升到84％，而5月径流比重呈下降趋势的流域比例由37％提升到89％，表明积雪提前消融明显。总体来讲，春季径流量在天山、祁连山区以增加趋势为主，在东北、青藏高原腹地以减少趋势为主。 (3)冷季雪深变化对流域径流的影响:①冷季雪深与流域4月平均流量、5月平均流量、春季平均流量、春季径流比重等均有较好的相关性，表明各积雪区冷季雪深变化对流域4月、5月和春季平均流量以及春季径流占比等影响较大;②研究区89％的河流3月平均流量与冷季雪深相关性差，未通过显著性检验，说明3月平均流量受冷季雪深总体影响较小;③通过构建雪深径流指数（春季月径流量与冷季雪深比值，用于表征冷季雪深对春季月径流的贡献程度），发现约74％的流域3月雪深径流指数呈现上升趋势，而95％的流域5月雪深径流指数呈下降趋势，表明积雪提前消融明显。 (4)积雪日数变化对流域径流的影响:①积雪日数与流域5月平均流量、春季平均流量、春季径流比重具有较好的相关性，表明各积雪区积雪日数变化对流域5月平均流量、春季平均流量及春季径流比重影响较大;②89％的河流3月平均流量与积雪日数相关性差，未通过显著性检验，说明3月平均流量受积雪日数的影响较小;③通过构建积雪日数径流指数（春季月径流量与积雪日数比值，用于表征积雪日数对春季月径流的贡献程度），发现约79％的流域3月积雪日数径流指数呈增加趋势，而74％的流域5月积雪日数径流指数呈下降趋势，表明积雪提前消融明显。 (5)中国三大积雪区流域径流对积雪变化的响应存在明显的时空差异性:①从区域上讲，春季径流量在天山、祁连山以增加趋势为主，在东北、青藏高原腹地等以减少趋势为主。这主要是由降水和气温的不同组合引起的。一般来讲，降雪量增加，会导致积雪厚度与融雪径流量增加。而气温上升，会导致以降雪形式的降水比例下降，并且会导致冷季融雪量增加，最终导致冷季雪深减小以及随后的春季融雪径流量减少。然而，降水与气温的不同组合使研究区内的情况复杂化。在中国东北，冬季降水量没有明显增减，而冬季气温显著上升，最终导致东北地区冷季雪深减小以及次年的春季径流量也呈减少趋势。而在中国西部的高海拔山区，冬季气温与冬季降水量均显著增加，雪线以上区雪深不仅没有随着气候变暖减小，反而因山区降水量的增加而呈增加趋势，从而导致流域平均雪深增大。表明降水增加超过了气温升高对这些寒冷地区的影响。②从不同月份差异来看，3月雪深径流指数、3月积雪日数径流指数、3月径流比重均以增加趋势为主，5月雪深径流指数、5月积雪日数径流指数、5月径流比重则以减少趋势为主。这是由于随着气温升高，融雪期明显提前，致使消融早期的融雪径流量增加;因积雪提前大量融化，融雪后期相应融雪径流量就减少。综上，论文全面分析和评估了过去50a积雪变化对中国三大积雪区春季径流的影响，研究了中国三大积雪区内流域积雪深度和积雪日数对春季径流的影响，探讨了温升背景下主要积雪区流域尺度上春季径流时空变化差异的原因，丰富了对积雪变化与径流关系的认识，可为进一步精确模拟和预估积雪区水资源提供科学参考。收起

关键词 : 积雪区积雪变化春季径流差异特征

10. 蒙古高原积雪变化及对草地植被物候影响的研究

[学位论文] 李晨昊内蒙古师范大学 2019年硕士导师: 萨楚拉共116页

摘要 : 在全球变暖的背景下，北半球积雪面积呈现减少趋势，而在降水稀少的干旱半干旱地区，积雪融水是重要的水源。积雪可以避免植被冻伤，直接或间接影响草地植被的返青、生长期及生产力。本文以蒙古高原作为研究区，利用2000~2017年MODIS数据对蒙古高原积... 展开在全球变暖的背景下，北半球积雪面积呈现减少趋势，而在降水稀少的干旱半干旱地区，积雪融水是重要的水源。积雪可以避免植被冻伤，直接或间接影响草地植被的返青、生长期及生产力。本文以蒙古高原作为研究区，利用2000~2017年MODIS数据对蒙古高原积雪和物候进行时空动态监测，在此基础上利用相关性分析方法和灰色关联分析方法研究积雪对不同类型的草地植被物候的影响。主要结论如下：（1）2000~2017年蒙古高原积雪覆盖率、积雪日数、积雪反照率主要呈减少趋势，初雪日期、终雪日期主要呈提前趋势。但蒙古高原东部呼伦贝尔高原和东南部锡林郭勒高原积雪覆盖率和积雪日数呈增长趋势。2000~2017年蒙古高原积雪覆盖率在30~50%之间，其中蒙古阿尔泰山、杭爱山海拔在2000m以上的地区多年平均积雪覆盖率最高（60%以上）而且多年平均积雪日数最长（120天以上），阿拉善高原的沙漠和戈壁地区多年平均积雪覆盖率最低（不足5%）而且多年平均积雪日数最短。1月份积雪覆盖率最高（46.26%）；2002年积雪覆盖率最高（36.83%）；2014年积雪覆盖率最低（21.55%）。初雪日期从西南向北提前；最早出现在9月份，分布在蒙古阿尔泰山、萨彦岭；最晚出现在1月份，分布在阿拉善高原。终雪日期从西南向北推迟；最早出现在1月份，零星分布在阿拉善高原部分地区；最晚出现在4月份，主要分布在蒙古阿尔泰山脉、杭爱山、萨彦岭、肯特山及大兴安岭和呼伦贝尔高原部分地区。积雪反照率有从北向东南和西南减小的分布规律。（2）2001~2017年蒙古高原NDVI、生长季长度主要呈增长趋势，生长季开始时间、生长季结束时间主要呈提前趋势。2001~2017年蒙古高原西南地区NDVI小，北部、东部地区NDVI大。生长季开始时间集中出现在4月中旬至5月中旬，萨彦岭、杭爱山植被生长季开始时间在5月中旬之后，是进入生长季最晚的地区。生长季结束时间集中出现在9月16日~10月10日之间，萨彦岭、杭爱山植被生长季结束时间在9月之前，是生长季结束最早的地区。蒙古高原西北部阿尔泰山、杭爱山、萨彦岭生长季长度在110天以下；西北部蒙古阿尔泰山和杭爱山间的地区、北部大部分地区、东部大兴安岭以西内陆草原地区，生长季长度在110~140天之间；中部、西南部及东部大兴安岭地区生长季长度多在160~209天；南部河套平原生长季长度多在98~124天；东南部乌兰察布高原生长季长度多在140~160天之间。（3）积雪季节终雪日期推迟、积雪覆盖率和积雪日数增大会使得蒙古高原草甸草原、典型草原、荒漠草原、高山草原的生长季开始时间推迟、生长季结束时间提前、生长季长度缩短。初雪日期推迟会使得草甸草原生长季开始时间推迟、荒漠草原生长季结束时间提前，使得其他3种草地植被类型生长季开始时间提前，生长季结束时间推迟。初雪日期推迟还会使4种草地植被类型生长季长度延长。（4）积雪季节终雪日期、积雪日数、积雪覆盖率对蒙古高原4种草地类型生长季开始时间的影响程度各不相同，但初雪日期对4种草地类型生长季开始时间影响最小。积雪覆盖率对草甸草原生长季开始时间影响最大，终雪日期次之；终雪日期对典型草原生长季开始时间影响最大，积雪日数次之；积雪日数对荒漠草原生长季开始时间影响最大，积雪覆盖率次之；终雪日期对高山草原影响最大，积雪覆盖率次之。初雪日期、终雪日期、积雪覆盖率、积雪日数对蒙古高原每种草地类型的生长季结束时间、生长季长度的影响程度相同，但不同种植被类型间积雪参数对生长季结束时间、生长季长度的影响程度各不相同。初雪日期对蒙古高原4种草地类型生长季结束时间、生长季长度影响最大，终雪日期次之。本文通过分析积雪、物候时空分布特征及积雪对草地植被的影响，不仅对全球能量循环和全球气候变化有重要意义，也能为生态、农业以及防灾减灾等诸多领域提供信息服务。收起

关键词 : 积雪变化时空分布草地植被物候特性