成果速递|青藏高原近20年积雪物候时空变化特征及其影响因素分析

在 全球气候变暖的背景下，青藏高原积雪变化显著；积雪 的 变化又会反过来影响区域生态系统甚至全球气候。 详细了解青藏高原积雪物候时空变化及其影响因素具有重要意义。本研究基于团队前期生产的 地形校正后 的 MODIS 逐日无云积雪数据集（ HMRFS-TP ），探究 了 2002 − 2022 年青藏高原积雪物候的时空变化特征；进一步 定量化 揭示 了 气象因子、地理位置、地形条件和植被绿度等因子 在 积雪变化 中的 交互与中介作用 。本研究为预测和解决全球变暖背景下青藏高原未来气候变化、水文循环和生态平衡等问题提供了依据。

本研究首先基于逐日HMRFS-TP积雪数据集提取积雪物候（包括积雪覆盖日数、积雪开始日期和积雪结束日期）；随后，结合Theil-Sen非参数回归和Mann-Kendall检验，分析积雪物候近20年的时空变化趋势，并探讨其变化趋势是否具有 海拔依赖性 ；进一步采用结构方程模型量化相关影响因子对积雪物候的 直接和间接影响 ；最后深入探讨相对重要的因子对积雪物候的具体影响过程（图1）。

图 1 青藏高原积雪物候时空变化及其影响因素分析研究 流程图

1） 积雪物候时空变化特征

高原积雪物候的空间分布具有 垂直地带性 ：随着海拔 的升高 ，积雪覆盖日数越长，积雪开始日期越早，积雪结束日期越晚。在过去 20 年间，青藏高原 约有 4 .62% 的区域 积雪覆盖日数以 1.74 天 / 年的速度 显著 下降 （ p < 0.1 ， 图 2 ），且其年际变化趋势与 高程密切相关 （ R = − 0.73 ，图 3 ）。 约有 2.34% 区域的 积雪开始日期以 2.90 天 / 年的速度显著 推迟 （ p < 0.1 ） ， 其变化趋势与高程呈中度相关 （ R = 0.59 ） 。约有 1.52% 区域的 积雪结束日期以 2.49 天 / 年的速度显著 提前 （ p < 0.1 ），而其变化趋势未呈现出明显的海拔依赖性 （ R = 0.33 ）。

图 2 青藏高原 （ a ） 积雪覆盖日数、 （ b ） 积雪开始日期和 （ c ） 积雪结束日期 在 2 002−2022 年 的变化趋势。注：左下角子图表示显著性水平

图 3 青藏高原 （ a ） 积雪覆盖日数、 （ b ） 积雪开始日期和 （ c ） 积雪结束日期 在 2 002−2022 年的 变化趋势 与海拔的相关性

2） 影响 因素 的直接与间接影响

气象因子（气温、降水、风速和短波辐射）可直接影响积雪物候，也可以通过影响植被生长间接影响积雪物候，但 直接影响远大于间接影响 （图4）。作为两个相对重要的因子，随着海拔的升高，温度并不存在持续性的主导作用，即 不存在明显的海拔阈值区分温度与降水的影响 （图5），温度与降水的交互影响仍然是解释积雪变化的挑战。植被主要通过拦截积雪和调节太阳辐射预算平衡来影响积雪物候。地理位置（纬度和经度）和地形条件（高程和坡度）可通过调节气象条件和植被生长 间接影响 积雪物候。以往研究已经证实了积雪物候与纬度的关系，本研究补充证实了经度的影响也不容忽视。同时表明，由于青藏高原地势西高东低，高程与经度之间存在相关性（R = 0.532）。这种相关性会导致经度对积雪物候的影响折叠在高程对积雪物候的影响中。然而，在控制了高程的影响后，我们仍然发现了积雪物候的经度依赖性，这意味着经度还与其它因子进行相互作用（如温度、降水等），导致了青藏高原积雪物候的变化。

图 5 温度与（ a ）积雪覆盖日数、（ c ）积雪开始日期、（ e ）积雪结束日期的相关性；降水与（ a ）积雪覆盖日数、（ c ）积雪开始日期、（ e ）积雪结束日期的相关性；不同海拔区间下温度和降水与（ g ）积雪覆盖日数、（ h ）积雪开始日期、（ i ）积雪结束日期的相关性

本研究对青藏高原近二十年积雪物候时空变化特征及影响因素进行分析，结果表明积雪物候的空间分布及年际变化均具有空间异质性，气象因子（气温、降水、风速和短波辐射）可直接影响积雪物候，也可以通过影响植被生长间接影响积雪物候，但直接影响远大于间接影响。同时表明，温度并不存在持续性主导作用，在一些海拔区间降水的影响大于温度。植被主要通过拦截积雪和调节太阳辐射预算平衡来影响积雪物候。地理位置（纬度和经度）和地形条件（高程和坡度）可通过调节气象条件和植被生长间接影响积雪物候。本研究揭示了青藏高原积雪的动态变化及其变化过程中多种因素的 中介效应 ，为预测气候变暖背景下青藏高原未来的气候变化、水文循环和生态平衡问题提供依据。

第一作者： 许嘉慧，华东师范大学地理科学学院、地理信息科学教育部重点实验室 2023 级博士研究生。研究方向为积雪遥感。

E-mail: [email protected]

通讯作者： 黄艳，华东师范大学地理科学学院、地理信息科学教育部重点实验室副教授，研究方向为遥感数据时空建模分析、冰冻圈遥感和全球气候及环境变化研究、环境遥感等，已在遥感和地理信息科学领域国内外期刊 RSE 、 ESSD 、 WRR 、遥感学报等发表论文 30 余篇，主持国家自然科学基金面上项目、青年基金项目、中国博士后基金一等资助项目等项目。

E-mail: [email protected]

研究团队简介

华东师范大学地理科学学院城市遥感与GIS开发研究团队共30余人，主要从事夜间灯光遥感、激光雷达遥感、城市遥感、全球变化、GIS开发等研究工作。聚焦于城市化进程监测中的重要科学问题，研究团队发展了一系列全天时、立体化、多尺度、长时序的城市多维多尺度信息分析以及环境变化监测的新概念、新方法和新平台。

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