喀喇昆仑山南北坡积雪时空变化特征研究

作     者：易颖 

作者单位：云南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘时银

授予年度：2021年

学科分类：07[理学] 070601[理学-气象学] 0706[理学-大气科学] 

主      题：喀喇昆仑山 积雪面积 积雪物候 时空变化 气候效应 

摘      要：积雪是冰冻圈中最活跃的自然元素之一,积雪的分布和变化影响着地气系统的能量交换、水循环和气候变化。喀喇昆仑山地处中亚内陆干旱区,山势高大、地形崎岖,是亚洲山岳冰川最集中的地区,冰雪融水在其南坡的印度河和北坡的叶尔羌河的径流量中占据了很大的比例,是其淡水的重要来源。揭示喀喇昆仑山南北坡积雪的时空变化特征,分析其积雪变化的主要影响因素,对喀喇昆仑山南坡和北坡流域的水资源管理、农业发展以及洪水、泥石流、雪灾等灾害防御工作具有重要意义。本研究基于遥感和GIS技术,以MODIS积雪数据为基础,构建了2002-2018年印度河上游流域西部和叶尔羌河流域积雪物候特征数据集,结合雪水当量,对喀喇昆仑山南坡的印度河上游流域西部以及北坡的叶尔羌河流域的积雪面积、积雪物候和雪水当量进行了研究,并利用气象数据和大气环流数据,探讨了大气环流和气候变化对积雪变化的影响。研究表明:（1）2002-2018年,研究区整体的积雪面积呈略微减少趋势,其中,喀喇昆仑山北坡的叶尔羌河流域的积雪面积呈略微减少趋势,而南坡印度河上游流域西部的积雪面积则呈略微增加的趋势。与研究区整体的积雪面积变化趋势不同,整体冰川区的积雪面积呈现出增加的趋势,其中,南坡流域冰川区的积雪面积表现出增加趋势,而北坡流域冰川区的积雪面积则表现出减少的趋势,说明冰川区的积雪变化主导着流域尺度的积雪变化情况。空间变化上,两个流域的积雪覆盖率随海拔的升高都呈显著的线性增加趋势;南、北坡流域的积雪覆盖面积在海拔上均呈现近似正态分布;南、北坡流域中海拔高于6000 m的极高海拔区域积雪面积保持相对稳定,低海拔区域的积雪面积呈减小趋势,较高海拔区域的积雪面积则呈现出增加的趋势;南北坡两个流域最小积雪面积的变化均相对稳定,主要分布在冰川区,最大积雪面积的变化差异则较大,相对于南坡流域,北坡流域积雪面积的波动更大。（2）2003-2011年,喀喇昆仑山南坡的印度河上游流域西部和北坡的叶尔羌河流域的雪水当量均呈现出缓慢波动性减少的趋势。受西风环流影响,北坡流域雪水当量的最大值出现在冬季,最小值则出现在秋季;南坡流域的雪水当量年内则出现了两个峰值,分别出现在冬季和夏季,这是因为南坡流域在夏季还受到了印度夏季风的影响。年际变化趋势上,2003-2011年,南、北坡流域的雪水当量在西风期和季风期均表现出减少的趋势。空间分布上,受气候和地形的影响,喀喇昆仑山南坡流域的雪水当量大致呈现出由东北向西南递减的特征,北坡流域则呈现出由西南向东北递减的特征,流域中海拔较高的山区雪水当量分布密集且较大,而流域下游和河谷地区的雪水当量相对疏散且较小。空间变化趋势上,2003-2011年,喀喇昆仑山南坡流域和北坡流域年均雪水当量的变化趋势率基本维持在-4～4 mm/a之间,西风期平均雪水当量的变化趋势率维持在-6～6 mm/a之间,季风期平均雪水当量则基本维持在-10～2 mm/a之间;除喀喇昆仑山南坡、西昆仑和帕米尔高原东部的少部分地区的雪水当量呈现出增加的趋势,研究区大部分地区的雪水当量呈现出减少的趋势。年均雪水当量的变化趋势与西风期平均雪水当量的变化趋势表现出基本一致的空间分布模式,说明西风期雪水当量的变化基本控制着年均雪水当量的变化。（3）2002-2018年,喀喇昆仑山北坡的叶尔羌河流域的积雪覆盖日数（SCD）呈略微减少趋势,而南坡印度河上游流域西部的SCD则呈略微增加的趋势。空间分布上,SCD（随海拔的升高增加）、积雪开始日期（SCOD,随海拔的升高往前提早）和融雪开始日期（SCMD,随海拔的升高往后推迟）有明显的海拔梯度;在南坡流域内,从西南至东北,呈现出SCD增加,SCOD提前,SCMD推迟的特征,在北坡流域内,则从东北至西南,呈现出SCD增加,SCOD提前,SCMD推迟的特征。空间变化上,研究区内大部分地区的SCD表现为减少的趋势,SCOD表现为推迟的趋势,SCMD表现为提前的趋势;喀喇昆仑山和帕米尔高原东部的少部分高海拔地区的SCD表现为增加的趋势,SCOD表现为提前的趋势,SCMD表现为推迟的趋势;不同海拔高度带积雪物候的趋势分析表明,由于SCMD的推迟,南坡流域3000-4000 m以及北坡流域5000-6000 m海拔带的SCD表现出增加的趋势。（4）大气环流和气候变化对积雪的变化具有重要影响。西风期多雪年,西风的强度较少雪年更大,季风期多雪年,季风的强度较少雪年更大。积雪覆盖率与气温呈显著的负相关,与降水呈显著的正相关。通过敏感性分析,本文发现SCOD对积累期的平均气温具有正敏感性（南坡流域的敏感系数为:0.37 d/℃,北坡流域的敏感系数为:1.6 d/℃）,对积累期的降水总量具有负敏感性（南坡流域的敏感系数为:-0.07 d/mm,北坡流域的敏感系数为:-0.13 d/mm）;SCMD对积累期的平均气温（