锡林河流域积雪时空特征及其对径流的影响

寒旱区草原流域地表水资源极为匮乏,融雪径流是寒旱区草原流域重要的水源,冰雪融化对河川径流有着十分显著的影响。利用锡林河流域水文站2000—2013年逐日径流数据、锡林浩特气象站2000—2015年逐日平均气温、降雨、雪深数据及MOD10A2积雪产品数据,分析了锡林河流域积雪面积、雪深年际变化特征,气象因子与积雪面积、雪深之间的相关性,以及径流的影响因素。结果表明:研究区积雪面积、雪深年内变化呈单峰型,冬季积雪面积、雪深均达到最大值,春秋次之,夏季最小。在年际变化上,积雪面积、雪深总体呈现增加趋势,其中冬季的积雪面积呈显著性增加。通过研究区气象因子与积雪的相关性表明,在积雪期,气温、风速和日照时数是影响雪深和积雪面积的主要因素,而在融雪期,气温与降水是影响雪深和积雪面积的主要因素。对径流影响因素的分析可得,气温对径流的影响最大,并且积雪面积、雪深与径流之间也存在很强的相关性,说明积雪的变化也会对径流产生影响。研究积雪动态变化及其对径流的影响对寒旱区草原流域水资源管理、农牧业发展和灾害防御具有重要的现实意义。     

北疆地区积雪与冻土变化的特征分析

利用1960—2007年北疆6个国家基本气象站积雪及冻土资料,分析了北疆地区积雪和冻土深度的气候分布特征,并利用统计学方法总结了积雪对冻土变化的影响。结果表明:（1）最大冻土深度受海拔高度的影响较大,并与其成正比。最大冻土深度值出现年代从平原向山区滞后;从20世纪80年代后最大冻土深度出现减小的趋势,且平原较山区更加明显;3个不同类型冻土区冬季最大冻土深度和平均冻土深度的年际变化基本上随时间逐渐减小;（2）Ⅰ区的最大积雪深度大于Ⅱ区和Ⅲ区,各站冬季最大积雪深度和平均积雪深度的年际变化基本上都呈现单峰单谷型;（3）Ⅰ区最大积雪深度和最大冻土深度的对应关系呈现双峰型,Ⅱ区为单峰型,Ⅲ区则为对数型。积雪深度较浅时,冻土深度增加较明显,随着积雪深度的增加,冻土深度变化较小,当积雪深度超过一定限值后,冻土深度还有下降的趋势;（4） M-K检验结果为各站最大冻土深度与积雪的变化趋势基本相反且突变点基本一致,呈现负相关。     

巴州地区植被与积雪变化特征分析

利用2012年和2018年气象卫星FY-3/MERSI/VIRR资料,通过植被NDVI和积雪NDSI遥感监测算法,提取并对比分析新疆巴音郭楞蒙古自治州植被、积雪的空间分布状况及年变化特征。结果表明,巴州地区植被覆盖度自西北向东南先减后增,以低覆盖度为主;积雪年变化基本特点是呈单峰型,积雪期稳定,11月至次年3月积雪覆盖区域主要分布在南部和北部山区;虽然2018年巴州地区植被覆盖度与积雪覆盖度均大于2012年,但最大植被覆盖率和积雪覆盖率分别仅为26%和9%,表明巴州地区生态问题依然严峻。     

天山北麓土地利用与土地退化的时空特征探析

研究天山北麓土地利用/覆被变化过程中的土地退化现象,有利于监测新垦绿洲的环境演变过程。采用1990年、2000年2010年3期遥感影像为基础数据,选取土地利用变化幅度、动态度、土地利用强度指数和LUCC动态变化趋势指数4个指标,并结合转移矩阵,对该地区20 a来的土地利用/覆被变化时空特征及土地退化现象进行综合分析。1990—2010年,研究区耕地和城乡居民工矿用地所占比例持续上升,分别增加了91.05%和60.19%。草地和冰川/永久积雪面积则大幅减少,分别下降了15.45%和28.97%。通过转移矩阵发现,草地和永久冰川退化成荒漠的趋势明显。各土地利用类型中以草地的土地利用变化强度指数最高,达－0.5056%,耕地次之,为0.4091%。研究区土地利用类型间主要转移方向为:草地和冰川/永久积雪转化为荒漠,荒漠和草地转化为耕地,荒漠与草地间相互转化,盐碱地面积得到控制,但向荒漠转化的趋势凸显,永久冰川的消融明显加剧,草地持续退化,研究区生态环境恶化趋势明显。     

季节性积雪消融对浅层土壤热状况的影响

为确定季节性积雪的消融变化及其对浅层土壤热状况的影响,该研究以野外实测试验数据为基础,分析了积雪消融期的雪层厚度变化以及浅层土壤温度状况。研究结果表明：积雪消融速率与气温变化密切相关,但积雪厚度的不同并未明显引起日积雪消融量的差异;积雪覆盖下土壤温度变幅明显小于无雪区,土壤温度对气温变化的响应及解冻时间随积雪厚度的增加而延后;积雪的存在阻碍了地气之间的能量交换,使得气温对土壤温度的直接影响深度在减小,体现为49 cm厚积雪区减少了10 cm,而80 cm厚积雪区更是减少了25 cm,从而表明季节性积雪对土壤温度的影响随雪层的加厚而增强;当积雪融化完毕之后,土壤温度状况逐渐恢复到无雪时的水平,并且土壤深度越浅,其恢复速度越快。这为地气之间能量交换的进一步研究提供了参考,对土壤学、农业灌溉、农业生产等相关问题的研究有着一定的参考价值。     

玛纳斯河流域融雪径流与积雪-气象因子分析

利用雪盖、径流、气象因子数据分析了玛纳斯河流域融雪径流特征及其与积雪-气温-降雨的关系。根据地形、植被和积雪分布特征建立了流域分带体系。以2000-2008年3-6月8日合成MODIS积雪产品（MOD10A2）为基础,插值获取流域分带日均积雪面积数据。根据天山山区气温-降雨的垂直地带性特征,以肯斯瓦特水文站1995-2008年逐日气温、降水数据为数据源,应用DEM递推获取流域分带日均气温、降水数据。定性分析了流域各带气温、降雨和积雪分布特征及其定量相关关系。同时,分析了流域积雪面积和径流的定量关系。结果表明:①低山荒漠草原带3月22号前后,云杉林带4月11号前后,高山高寒草甸带5月14号前后,高山冰雪带6月12号前后气温持续在零度以上;②降水年内分配不均,降水主要集中在夏季,占年降水量的43.39% ,春季占28.14% ,秋冬季降雨偏少,分别为13.04%和15.24%;③各带积雪面积和气温相关性很高,3-6月各带气温逐渐升高,积雪逐渐融化,除高山冰雪带不完全消融外其余分带积雪在此期间全部消融;高山高寒草甸带和高山冰雪带积雪面积和气温呈线性相关;④流域总的积雪面积和径流散点图显示出很好的幂指数相关;不同年,积雪面积与径流关系呈规律性变化。     

基于遥感的径流丰枯与高山区积雪关系分析——以天山玛纳斯河流域为例

山区降水和高山冰雪融水是玛纳斯河流域径流的重要补给来源。利用MODIS陆表遥感数据MOD10A2提取2001-2007年1-12月流域积雪覆盖数据。用肯斯瓦特水文站1957-2007年径流资料为样本分析年径流丰枯演变规律。选择径流丰水年和枯水年,重点分析融雪期4-7月径流量与1-5月流域积雪面积和高山区气温-降雨的关系。结果表明:①流域内积雪分布年内变化特征显著:8月中旬至次年1月上旬为积雪增长期;1月中旬至8月上旬为积雪衰减期;②流域流量20世纪90年代以来持续增加,但2002年、2003年出现丰水和枯水现象;③在春季,流域水资源主要以融雪径流方式为主,春季随着气温的升高,积雪面积逐渐变小,流量逐渐增加;④冬季山区积雪面积越大,以固态形式存储的水量亦越大,春夏季随着气温的升高,积雪消融速率越大,河流来水量就越丰富。     

东北低山丘陵区季节性积雪特性研究

为探究东北低山丘陵区冬季积雪物理特性变化过程,利用超声雪深监测仪和Snow Fork雪特性分析仪采集积雪物理特性(积雪深度、积雪密度、液态含水率)数据,分析积雪深度、密度和液态含水率随时间的变化特征及其在垂直剖面上的变化过程。结果表明:主要积雪期为11月下旬至翌年2月中下旬,积雪深度与雪层温度、气温呈显著负相关关系,与降雪量呈正相关关系。积雪消融主要集中在10:00—18:00之间,且积雪消融相对于气温表现出滞后性,滞后时间约为4h。积雪初(12月1日观测),雪底层密度为0.198g/cm~3,表层为0.126g/cm~3,从底层至表层呈逐渐减小趋势。随着雪底层形成深霜,中间层5—10cm的积雪密度大于表层和底层。积雪0—5,5—10,10—15cm层平均液态含水率分别为0.308%,0.319%和0.205%,中间层最高,整体表现为单峰型。积雪液态含水率与积雪密度呈显著正相关关系(r=0.866,p0.05)。研究结果将为融雪径流形成、融雪侵蚀防治以及季节性积雪区生态系统功能评估提供基础数据。     

积雪覆盖条件下土壤液态含水率空间分布

为了揭示季节性冻土区积雪覆盖条件下土壤垂直剖面各层次液态含水率序列的复杂性变化过程,基于(2013年11月-2014年4月)实测的田间数据,分析了裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚覆盖处理条件下5、10、15、20、40、60、100、140、180 cm土层土壤液态含水率的变化过程,采用变异系数、方差等指标评价其时间序列的离散程度,同时利用小波变换信息量系数(wavelet transform information cost function,WT-ICF)值对含水率序列的复杂性进行识别验证。结果表明:冻融期,积雪覆盖阻碍了土壤与环境之间的水汽传输与能量交换过程,裸地处理条件下土壤含水率变幅最大的层面出现在20 cm土层处,其含水率变幅为18.31%,自然降雪、积雪压实和积雪加厚条件下其最大变幅层面分别为15、15、10 cm,层面逐渐上升;裸地处理条件下20 cm土层处的离散程度最大,随着积雪覆盖厚度的增加和密度的增大,序列离散程度最大的层面逐渐上移,其变异系数依次为6.0189%、6.1367%和6.8546%,波动性增强;小波变换信息量系数能够精确的测算各土层土壤含水率的复杂度,裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚处理条件下其复杂性活跃层依次为21、18、14和10 cm,积雪的存在导致了环境因子对于土壤的影响区域减小,复杂性活跃层向地表移动。该研究揭示了北方寒区冻融期土壤水分迁移的复杂性特征,对于合理预测春播期土壤墒情,精准、高效的利用土壤水资源具有指导意义。     

利用遥感信息建立草原冷季载畜量计算模型的研究

利用1988－1997年对内蒙古锡林郭勒盟不同草原类型观测的牧草产量、地面气象数据及相关的NOAA气象卫生遥感资料，分别建立了草甸草原、典型草原和荒漠草原牧草估产模型。在此基础上，根据冷季的草地牧草残留量、牧草贮存量、草场利用率、家畜采食率、冷季天数及草地积雪情况等建立了草原冷季载畜量计算模型，为草原生态系统的良性循环提供科学依据。     

大兴安岭北部寒温带针叶林表层土壤冻融变化特征

基于2009—2019年地表土壤温度和积雪数据，分析了近10 a来我国大兴安岭北部多年冻土区土壤冻融变化特征，包括冻融循环次数和天数、冻融开始和结束时间、持续时间、变动幅度等。表层土壤春季融化过程期主要发生在4月中下旬至5月中旬，秋季冻结过程期主要发生在9月中下旬至10月中旬，平均每年发生冻融39次或41 d。春季融化过程期相比秋季冻结过程期，平均冻融循环次数或天数相差并不大，研究期间内大于、小于和相近年份均有出现。但冻结期冻融循环变动幅度(主要在2.6～15.0℃)大于融化期(主要在2.6～12.5℃)。春季融化期开始时间与积雪结束时间基本吻合，而积雪开始时间均发生在秋季冻结期结束之后。因此，两个冻融期很少有积雪覆盖，冻融循环主要受气温影响。本研究为深入理解大兴安岭多年冻土对气候变化的响应、制定适宜的气候变化对策提供参考依据。     

基于MODIS的雪情监测及其对农业的影响评估

2009年11月中旬,中国中部地区出现了大范围持续低温、雨雪、冰冻天气气候事件,造成了积雪灾害。本文利用连续多天的MODIS遥感数据,通过计算归一化差分积雪指数（NDSI,Normalized Difference SnowIndex）分析了北京、河南、河北、湖北、山东、山西、陕西7个地区的积雪状况,对积雪发生的时空特征进行了动态监测,并对监测省份农业受到的影响进行评估。结果表明：监测区整个降雪过程积雪面积呈单峰型变化,11月15日积雪面积最大,15日以后积雪面积开始减少,24日监测区积雪基本融化;山西省为本次降雪过程的核心区域,累计积雪总面积为62.89×10^4km^2,陕西、河南、河北省次之,分别为40.10×10^4km^2、37.62×10^4km^2、37.58×10^4km^2,山东、湖北、北京受积雪覆盖影响较小,积雪总面积分别为10.42×10^4km^2、8.52×10^4km^2、0.42×10^4km^2;监测期间油菜作物均处于出苗期,持续积雪覆盖会对其产量造成一定影响。已进入越冬期的冬小麦,稳定的积雪覆盖会产生积雪融水,进而土壤墒情得到改善,有利于作物来年生长。尚未进入越冬期的冬小麦抗寒能力较差,持续低温积雪对其生长及产量造成不良影响。     

冻融期不同覆盖和气象因子对土壤导热率和热通量的影响

为了研究冻融期不同覆盖和气象因子对土壤导热率和土壤热通量的影响,在2015年11月-2016年4月期间,设置了裸地(BL)、自然积雪覆盖(SC)、6 000 kg/hm~2秸秆+积雪覆盖(SM1)、12 000 kg/hm~2秸秆+积雪覆盖(SM2)和18 000 kg/hm~2秸秆+积雪覆盖(SM3)5种不同的处理,测定了20、40、60和100 cm土壤含水率和温度,并计算出土壤导热率和土壤热通量。研究结果发现:在土壤冻结期,土壤导热率随着土壤的冻结而增大,直至完全冻结后基本保持不变,而在土壤融化期则逐渐减小。冻融阶段,积雪和秸秆覆盖会延缓土壤导热率的变化,减小土壤导热率的变化。冻结期,裸地处理的土壤导热率最大,平均为1.55 W/(m×K);融化期,裸地处理的土壤导热率最小,平均为0.79 W/(m×K)。在冻结期,土壤热量向上传递,传递量先增加后减小;在融化期,土壤热量向下传递,传递量逐渐增加。积雪和秸秆覆盖可以减小土壤热通量及其变化。积雪和秸秆覆盖条件下的土壤热通量比裸地少4.73~8.84 W/m~2。裸地处理的土壤导热率与水汽压的相关性最好,相关系数为-0.84,与风速的相关性最差,相关系数为-0.43。积雪和秸秆覆盖条件下的土壤导热率与环境温度的相关性最好,相关系数为-0.67~-0.73,与风速的相关性最差,相关系数为-0.18~-0.25。土壤热通量与太阳辐射的相关性最好,相关系数为-0.88~-0.91,与风速的相关性最差,相关系数为-0.44~-0.53。整体而言,积雪和秸秆覆盖会减小大气环境对土壤导热率和热通量的影响。     

低温季节西南亚高山森林土壤多酚氧化酶动态研究

以亚高山针叶林均质化土壤为研究对象,采用裸露地表、凋落物覆盖、积雪覆盖、凋落物和积雪同时覆盖4个不同覆盖处理的原位培养实验,对各处理在低温季节(11月～5月)土壤表层(0~10cm)和下层(10～20 cm)多酚氧化酶(PPO)活性动态进行了分析,结果表明:(1)在低温季节,所有处理表层PPO活性在12~2月出现波动,差异不显著;下层土壤PPO活性逐渐升高,到低温季节结束前后活性达到最高,但是不同处理的升高幅度不同;(2)积雪和凋落物覆盖变化引起不同处理和不同深度土壤PPO活性动态的差异性响应。不论是表层还是下层土壤,在整个低温季节积雪对PPO活性的影响达到极显著水平,但凋落物覆盖能缓冲积雪对PPO活性的效应。(3)降雪时空格局变化对亚高山土壤PPO的影响主要体现在没有凋落物覆等盖层的裸露土壤,在有凋落物等覆盖情况下,全球变化可能导致的积雪减少甚至消失对土壤PPO活性的影响不大。     

冻融期积雪覆盖下土壤水热交互效应

为了研究季节性冻土区土壤水热时空分异特征,揭示冻融过程中的水热相互作用机理及其复杂性。在松嫩平原黑土区,以野外实测试验数据为基础,分别建立裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚覆盖处理条件下20 cm土层土壤含水率和温度的耦合模型,并通过对比模型的预测效果研究土壤水热变化的复杂程度,采用差异性分析和基于小波变换的分形理论方法定量研究含水率与温度序列的变异波动性和分维指标,进而验证不同覆盖处理条件对于土壤水热空间变异复杂性的影响。结果表明:冻结期,积雪阻碍了环境因素对于土壤水热迁移过程的影响,土壤含水率和温度的耦合效果较好,并且预测值与实测值能够较好的吻合,裸地、自然降雪、积雪压实、积雪加厚处理条件下的相对误差分别为0.42%、0.31%、0.13%和0.06%,随着积雪厚度的增加和密度的增大,含水率和温度的差异性减弱,复杂程度逐渐降低;融化期,积雪覆盖区的融雪水入渗抑制了土壤温度稳定提升,含水率出现骤然升高的现象,自然降雪、积雪压实、积雪加厚条件下的含水率变化分别为14.31%、15.90%和16.91%,土壤温度变化范围分别为-5.9~5.3、-3.6~6.9和-3.1~3.8℃,二者的互作效应减弱,并且随着积雪覆盖量的增加,土壤的水热时空迁移复杂程度逐渐增强。同时,采用基于小波变换的分形理论研究土壤含水率和温度的时间序列复杂性精度较高、结果可靠。该研究对于揭示冻土区土壤水热迁移动态规律,准确预测春播期土壤温度和墒情,合理高效地利用松嫩平原的土壤水资源具有重要的理论价值和现实意义。     

小麦微波干燥特性及其对品质的影响

针对小麦热风干燥中存在的问题，运用微波试验装置，通过选择不同的干燥功率、物料铺放厚度及排湿风速，研究了小麦微波干燥特性及其对干后品质和能耗的影响。研究结果表明：小麦微波干燥主要处于恒速阶段，微波干燥对小麦品质有显著的影响，小麦籽粒的发芽率和SDS沉降值对微波处理的反应比较敏感，可以作为小麦热损伤的指标和小麦品质变化的检测指标，小麦微波干燥能耗主要受排湿风速影响。     

地-气温差的模拟与地温估算研究

利用谐波分析方法模拟了河南各地月平均地－气温差的年变化。结果表明：2－10月（植物生长期）的地－气温差均大于1.0℃；大部分地区月平均地－气温差年变化为双峰，最高值出现在6月，次高值出现在8月。由于12个月周期的拟合度占总拟合度的90％以上，故用这一单波估算地－气温差和地温是非常精确的。     

青藏高原寒冻雏形土地温状况的分布特征

以１６年观察资料，分析了高原草甸地区寒冻锥形土土壤热量状况在时间进程及垂直方向的变化特征。同时，比较分析了裸露地表与自然植被覆盖条件下地温之间关系，地温不仅随着时间进程表现有一高－低的日年变化规律，而且在０－４０ｃｍ土层地温变化强烈，随深度加深地温的振幅按指数规律减小，地温的日变化约在０．６ｍ处消失，年变化约在１０．５ｍ消失，裸地０－２０ｃｍ地温变化明显大于有植被下的地温变化。     

凉水自然保护区雪化学特征分析

以2006年11月至2007年5月凉水自然保护区内采集的降雪、积雪和溪流融雪径流样品为研究对象,初步探讨森林生态系统内雪化学特征及其变化规律。研究结果表明:降雪中浓度最高的阴、阳离子分别为HCO3-和Ca2 ,pH值为5.94,属微酸性;原始红松林内积雪中各种离子的浓度均高于人工落叶松林、次生白桦林和林间空地,且Ca2 ,K ,Cl-,NO3-和HCO3-存在显著性差异,说明原始红松林是较好的营养库;原始红松林内积雪离子浓度最高值均出现在郁闭度为0.5~0.7之间;保护区内溪流水中离子浓度在融雪径流期呈规律性变化。     

积雪对地面热状况的影响

加拿大学者研究了积雪对地温稳定性的影响,结果显示,冻土区的土壤导热率比非冻土区的要大。在多年冻土区,积雪状况决定年均地温。有积雪覆盖存在时,年均地温提高了几度。在季节性冻土区,温度的增加主要取决于积雪持续时间,受积雪堆积过程中的参数影响不大。最大最小温度包络线的宽度越小,年均地温的图像越接近冰点。即使是在地表裸露或相类似的情况下,随深度增加温度包络线宽度变小,年均地温接近零点。在多年冻土区,有积雪覆盖时,随着深度的增加,年地温波动的振幅减小;与此相反,在季节性冻土区,有积雪覆盖时,随着深度的增加,年地温波动的振幅加大。春季融雪率对年均地温的影响不大。