和田河流域山區(qū)積雪覆蓋時空變化規(guī)律研究

薛 強(qiáng)，呂繼強(qiáng)，羅平平，劉 俊，聶啟陽，沈 冰，韓 波

(1.長安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710054；2.長安大學(xué)旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實驗室，陜西 西安710054；3. 陜西省河流工程技術(shù)研究中心，西安 710016；4.西安理工大學(xué)西北旱區(qū)生態(tài)水利工程國家重點(diǎn)實驗室，陜西 西安 710048； 5. 西安浐灞生態(tài)區(qū)管理委員會，西安 710024)

0 引 言

積雪作為冰凍圈的一個重要組成部分，同時也是大自然界的一個極其活躍的氣候要素。積雪對高寒山區(qū)的流域內(nèi)的能量平衡和水平衡扮演著極其重要的作用[1,2]。北半球的積雪在逐漸減少，引起了學(xué)者的關(guān)注[3-5]。IPCC第五次評估報告指出，全球地表平均溫度上升近0.85 ℃，我國的大部分冰川也在面臨著縮減和消失的風(fēng)險。未來海平面和冰雪將會繼續(xù)消融[6]。氣候系統(tǒng)是一個整體，氣候的長期累積變化勢必將導(dǎo)致積雪的深度、面積等特征的變化。由于氣候、地形、海拔等因素，我國的冰川資源規(guī)模、分布均有差異[7]。

目前，許多學(xué)者對積雪的時空分布特征以及積雪特性與氣候等因素進(jìn)行研究。主要依據(jù)氣象站點(diǎn)積雪監(jiān)測數(shù)據(jù)和衛(wèi)星積雪制圖數(shù)據(jù)開展研究。在缺資料的山區(qū)，地面氣象站點(diǎn)與遙感積雪制圖等數(shù)據(jù)結(jié)合是現(xiàn)在學(xué)者研究積雪凍融關(guān)系的熱點(diǎn)。近年，MODIS、TM、ASTER等遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用最為廣泛[8-12]，為科學(xué)研究高寒山區(qū)提供了數(shù)據(jù)來源。國內(nèi)學(xué)者研究高程、氣候等因素對積雪的影響，已有較多成果[13-16]。賈翔等[17]利用從2000-2012年的MOD10A2數(shù)據(jù)結(jié)合DEM數(shù)據(jù)新疆葉爾羌河流域山區(qū)的動態(tài)變化。陳曉娜等[18]利用MOD10A2遙感數(shù)據(jù)和氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)，研究了天山北坡的瑪納斯河流域積雪的年內(nèi)和年際變化。發(fā)現(xiàn)流域的積雪面積在年際直接變化較大，年內(nèi)積雪覆蓋有明顯差異，呈現(xiàn)“M”型。林金堂等[19]利用MODIS/Terra積雪數(shù)據(jù)分析了不同高程帶、坡向、坡度的積雪覆蓋率下的瑪納斯河山區(qū)的年內(nèi)積雪變化。然而，針對內(nèi)陸河流域山區(qū)地形、氣候等因素綜合作用下的積雪時空變化研究較少。

1 研究數(shù)據(jù)及方法

1.1 研究區(qū)概況

新疆地處西北干旱區(qū)，作為三大積雪區(qū)域，融雪水資源極其豐富[20,21]。新疆和田河流域地處塔里木盆地西部，地理位置位于77.3°～82.0°E，34.5°～38.5°N，流域總面積為42 527.7 km2。和田河上游由玉龍喀什河和喀拉喀什河兩大支流組成[22](圖1)。東支玉龍喀什河，長約504 km，西支喀拉喀什河，長約808 km，兩支流于闊什拉匯合成和田河。和田河主要徑流來源于高山融雪徑流，東西兩支徑流量分別為22.3和21.5 億m3，和田河出山口出多年徑流量可達(dá)43.8 億m3[23]。和田河地區(qū)為典型的溫帶內(nèi)陸性氣候，降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈是該區(qū)域的典型特征，多年平均氣溫為12.2 ℃，年降水量為5.4～90 mm,蒸發(fā)量為2 159～3 137 mm[22]。

圖1 和田河流域位置示意圖

本文依據(jù)2007-2017共11年的積雪覆蓋產(chǎn)品數(shù)據(jù)(MOD10A2)和DEM，以新疆和田河流域為研究區(qū)域，對山區(qū)積雪的時空變化規(guī)律及其與氣候要素的關(guān)系進(jìn)行初步研究，旨在較為全面探討和田河山區(qū)積雪覆蓋的年內(nèi)、年際變化變化規(guī)律、年間的變化趨勢及變化原因。研究成果可增強(qiáng)人們對氣候變化情況下的高寒山區(qū)的積雪消融規(guī)律及過程的了解，為融雪徑流模擬的輸入?yún)?shù)的精確度、綠洲區(qū)域水資源管理者提供一定的參考依據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

積雪遙感產(chǎn)品(MOD10A2)獲取于“美國國家雪冰數(shù)據(jù)中心”(National Snow and Ice Data Center Distributed Active Archive Center，USA)：http:∥nsidc.org/NASA/MODIS，空間分辨率為500 m×500 m。

本研究選用2007-2017年共11年的MOD10A2 積雪產(chǎn)品，選取了覆蓋研究區(qū)的h24v05軌影像數(shù)據(jù)，為了更好地獲取該區(qū)域的積雪信息，本文將云量大于10%的遙感產(chǎn)品去除，其余數(shù)據(jù)云覆蓋率大都在5%以下，為了降低數(shù)據(jù)的誤差，本文將對MOD10A2數(shù)據(jù)采用臨近八像元法進(jìn)行去云處理，該方法是以像元為基礎(chǔ)，對云像元進(jìn)行處理，根據(jù)周圍相鄰的八個像元的屬性進(jìn)行判斷，若周圍八個像元中，積雪像元的比例大于云像元的比例，將該像元定義為積雪像元，否則為陸地像元。再加之高程的，進(jìn)行去云。將去云后的積雪覆蓋產(chǎn)品進(jìn)行積雪覆蓋率統(tǒng)計，缺失數(shù)據(jù)日的積雪覆蓋率采用線性插值處理。而且，根據(jù)黃曉東等[24]在北疆的積雪產(chǎn)品(MOD10A2)的精度評價表明，該產(chǎn)品的平均積雪識別率可達(dá)87.5%，可以較好的消除云的影響，可較好的反應(yīng)積雪的覆蓋狀況。所以，MOD10A2可以很好的適合該流域的積雪研究。

地形數(shù)據(jù)(SRTM DEM)來源于美國宇航局：http:∥srtm.csi.cgiar.org，空間分辨率為90 m。為匹配MODIS積雪數(shù)據(jù)，將重采樣為500 m；“中國地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集(V3.0)”由中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)http:∥data.cma.cn/提供。

1.3 研究方法

本文用MODIS批量處理軟件MODIS Reprojection Tool(MRT)，ENVI以及ArcGIS將下載得到的MOD10A2數(shù)據(jù)進(jìn)行地理、幾何校正、重投影。MRT可以批量的將MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行重投影、采樣以及格式轉(zhuǎn)化，可以用于本文數(shù)據(jù)預(yù)處理。具體處理方法和步驟：

(1)格式轉(zhuǎn)化：將MODIS數(shù)據(jù)原有的格式為.HDF用MRT批量處理成為ArcGIS可以進(jìn)一步處理的格式.TIF，并且將原有的SIN投影系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為WGS84-UTM-Zone44N，重采樣方法采用最臨近法，像元大小為500 m；完成地理、幾何校正、重投影。

(2)采用ArcGIS中，用空間分析中的Georeference工具進(jìn)行地理校正。

(3)研究區(qū)影像提取：利用和田河流域的掩模文件對投影后的遙感影像進(jìn)行裁剪，得到研究區(qū)的MOD10A2數(shù)據(jù)。

(4)積雪像元的重分類及編碼: MOD10A2數(shù)據(jù)主要由25(陸地)、37(水體)、50(云)、100(湖冰)，200(積雪)，255(填充數(shù)據(jù))，首先使用ArcGIS將37、100、200重分類為積雪像元(1)，而25和255歸為陸地像元(0)，云像元依據(jù)去云規(guī)則進(jìn)行處理，并將其輸出為ASCII文件格式。

(5)積雪覆蓋率的統(tǒng)計：用Python語言編程處理形成的ASCII文件，進(jìn)一步得到各高程帶、坡度帶、坡向帶的積雪覆蓋率。采取皮爾遜(Pearson)相關(guān)關(guān)系來分別分析與溫度、風(fēng)速、日照三個氣象因子的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 積雪垂直差異變化及與氣象因子的關(guān)系

2.1.1 不同高程積雪覆蓋率在年內(nèi)的變化

為研究在氣候變化情景下的和田河流域的積雪覆蓋率在年內(nèi)的變化特征，本研究對將研究區(qū)域劃分為9個高程帶(表1)，將高程低于3 000 m劃分為低區(qū)域A，3 000～4 500 m劃分為中區(qū)域B，大于4 500 m記為高區(qū)域C(見表1)其中，A區(qū)域(1 204～3 500 m)高程帶主要分布為山地草甸草原帶、云杉林帶，年降水量為100 mm以下，根據(jù)氣溫直減率γ=0.65 ℃/100 m計算，多年平均氣溫為12.2～0.13 ℃左右，徑流補(bǔ)給類型主要為降水補(bǔ)給和地下水補(bǔ)給；B區(qū)域(3 000～4 500 m)高程帶主要分布為高山墊狀植被帶以及冰雪帶，年降水量為200 mm左右，該區(qū)域溫度為-3.32～ -10.03 ℃，徑流補(bǔ)給主要靠高山融雪徑流和高山降水；C區(qū)域(5 000～6 797 m)，由于該高程帶積雪覆蓋率接近100%，故為永久冰川帶，高山降水接近360 mm，該區(qū)域溫度為-13.04～ -20.02 ℃，徑流主要靠冰面徑流[7,25]。

表1 和田河流域高程帶劃分

(1)A區(qū)域(3 500 m以下)：曲線呈現(xiàn)單峰形式，每年3-8月為積雪衰減期，此時，氣溫處于上升時期，積雪逐漸消融。每年6-9月該區(qū)域積雪覆蓋率位于10%以下，每年9月底至翌年3月，主要為積雪的累積區(qū)。A區(qū)高程帶都在翌年3月初達(dá)到最大值，最大值分別為18.36%、32.59%、45.14%。主要在冬季和春季進(jìn)行積雪積累。3 000 m以下高程帶，總體變化趨勢大致呈現(xiàn)“U”型，總體先下降，再上升。3 000～3 500 m呈現(xiàn)“V”型，在4月份由最高積雪覆蓋率45%降低至8月中旬5%。在9月份至翌年2月上升至35%。

(2)B區(qū)域(3 500～4 000、4 000～4 500、4 500～5 000 m)：但由于該區(qū)域的整體高程大于A區(qū)域，所以積雪覆蓋率普遍較A區(qū)域大。在該區(qū)域，積雪覆蓋率存在2個過程，為下降-上升-下降-上升，為斜“W”型曲線。積雪變化特征可以分為4個階段。其中，第一和第三階段分別為3月底到至7月下旬，積雪覆蓋率年內(nèi)呈現(xiàn)出大幅度下降的趨勢，10月初至11月中旬出現(xiàn)第二次較小程度的下降；第二階段為7月底至9月，第四階段為12月至翌年4月，積雪覆蓋率為上升趨勢。年內(nèi)積雪覆蓋率分別為在4月15日的積雪覆蓋率最大，最大積雪覆蓋率分別為57.36%、67.54、80.67%。7月覆蓋率最低，積雪覆蓋率最低分別為9.49%、21.86%、38.46%。3個高程帶在夏季7月底的都在4月積雪開始消融，7月20日積雪消融期結(jié)束。年內(nèi)的變化規(guī)律為“消融-積雪-消融-積雪”的重復(fù)過程，春季、冬季主要進(jìn)行積雪的累積，夏季、秋季進(jìn)行積雪的融化。

(3)C區(qū)域僅有5 000～5 500 m高程帶的積雪覆蓋率與B區(qū)域變化趨勢相似，但趨于平緩。且整體大于B區(qū)域的積雪覆蓋率。在4月初達(dá)到最大值，高程>5 500 m的高程帶積雪覆蓋率極其穩(wěn)定，屬于積雪穩(wěn)定區(qū)，不隨時間變化，年內(nèi)積雪覆蓋率接近100%。

2.1.2 積雪覆蓋率與氣象因子關(guān)系

氣溫總體呈現(xiàn)出先升后降的趨勢(圖2)。3至8月，氣溫從11.2°增加到27.5°，積雪覆蓋率下降，8月處于積雪覆蓋率在全年最低，該時間屬于積雪消融期。8月至翌年1月，氣溫急劇下降。到12月底，迅速進(jìn)入積雪累積期，積雪覆蓋變大。氣溫的變化為斜“正弦”型(圖2)，與積雪覆蓋率的變化“W”正好相反。如6月到9月，此時，積雪覆蓋率處于峰谷，而溫度卻處于峰頂，可見，積雪變化率與溫度的變化密切相關(guān)。在圖2(c)中，高程帶位于5 500 m以上，積雪覆蓋率常年不變，接近100%。由圖2(b)和2(c)所知，各個高程帶的積雪變化有一個共同特點(diǎn)，都是在春季4月至6月，積雪覆蓋率有短暫的上升，而風(fēng)速卻達(dá)到最大，由于高山風(fēng)吹雪的原因?qū)е路e雪的短時間增加。風(fēng)速在春夏季與積雪覆蓋的變化相似。日照的變化與溫度類似，呈現(xiàn)出與積雪覆蓋率相反的“M”型。有兩個峰值，日照時間越長，積雪覆蓋越小，分別在6月和10月，由圖2可知，最大積雪覆蓋率對應(yīng)的時間比日照的最大值滯后了約2個月，說明積雪覆蓋的響應(yīng)對日照有延遲效應(yīng)，日照的長時間累積才可以引起積雪的消融，導(dǎo)致積雪覆蓋率的降低。

圖2 不同高程帶積雪覆蓋率變化及其與氣象因子的關(guān)系:

將各高程帶的積雪覆蓋率與同期的溫度、風(fēng)速、日照用Pearson作相關(guān)性分析。如表2所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，在和田河流域山區(qū)，年內(nèi)積雪覆蓋率與氣溫、風(fēng)速、日照呈負(fù)相關(guān)。①在A區(qū)域：氣溫均通過了p=0.01水平的顯著性檢驗，在1 204～3 000 m高程范圍內(nèi)，風(fēng)速和日照均通過了p=0.01的檢驗。②在B區(qū)域，日照和風(fēng)速分別通過了p=0.01和p=0.05的檢驗。③在C區(qū)域：僅有風(fēng)速和日照通過了p=0.05的顯著性水平檢驗，而氣溫卻沒有與積雪覆蓋率表現(xiàn)出任何相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)極低。氣溫和積雪覆蓋率的相關(guān)系數(shù)絕對值明顯大于風(fēng)速、日照和積雪覆蓋率的相關(guān)系數(shù)絕對值。說明積雪覆蓋率對氣溫的變化更為敏感。而且，在低高程帶內(nèi)，三種氣候因素共同影響積雪覆蓋；位于4 000 m以上區(qū)域，主要由風(fēng)速和日照影響。

表2 不同高程帶積雪覆蓋率與氣象因子的相關(guān)分析

注：**表示通過0.01水平檢驗，*表示通過0.05水平檢驗，-表示沒有相關(guān)關(guān)系。

2.2 積雪與坡度和氣象因子的關(guān)系

2.2.1 不同坡度積雪覆蓋率在年內(nèi)的變化

本文將研究區(qū)域采用自然斷點(diǎn)法將坡度劃分為5個坡度帶，分別為1(<5.3°)、2(5.3°～12.4°)、3(12.4°～19.5°)、4(19.5°～30°)、5(30°～56.7°)。

由圖3可以看出，積雪覆蓋率在各個坡度帶的變化趨勢幾乎一致。都是在秋季和冬季進(jìn)入積雪累積期，春季末和夏季(5-8月初)進(jìn)行積雪的消融。坡度帶積雪覆蓋率變化除0～5.3°在年內(nèi)趨于直線，其他帶幾乎都是呈現(xiàn)“W”型。在春季4月份達(dá)到最大值。其中，5.3～30°積雪變化趨勢幾乎同步，12.4～19.5°常年最高，積雪最低覆蓋率在7月20日達(dá)到最低，為40%左右，3月達(dá)到最大值，為68.68%左右；5.3～30°的積雪覆蓋了明顯高于0～5.3°的，0～5.3°全年最高峰值為28.01%，而5.3～30°的最低積雪覆蓋率約有40%。30°～56.7°的年內(nèi)積雪覆蓋率均高于0～5.3°，而且面積卻是0～5.3°的20%左右，說明在低坡度區(qū)域的積雪覆蓋率并不是最大。在3月下旬-9月上旬，不同坡度帶積雪覆蓋率與溫度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，而與風(fēng)速和日照數(shù)呈現(xiàn)正比關(guān)系。說明積雪覆蓋率與溫度有著密切的關(guān)系，在該時期內(nèi)，溫度開始回升，融雪加快，此時處于積雪的消融期，7-9月溫度回升較快，融雪進(jìn)一步加快，導(dǎo)致積雪覆蓋率迅速降低，但是溫度在7月20日左右達(dá)到最大，而各坡度帶的積雪覆蓋率在8月5日達(dá)到最低，可以看出，溫度對積雪覆蓋率的影響有一定的滯后性。而3月到6月，風(fēng)速和日照數(shù)均在逐漸變大，而積雪覆蓋率卻只有微弱的減少；6- 9月，積雪覆蓋率迅速降低，此時，風(fēng)速和日照數(shù)也在下降，與積雪覆蓋率成正比，日照時數(shù)少，通常表明是云量較大或者大氣透明度較低，地面的積雪會收到太陽的直接輻射減少，而且積雪的反射輻射減弱，從而使積雪整個系統(tǒng)的能量增多，積雪表層升溫，促進(jìn)積雪的消融。而且，風(fēng)吹雪也會在一定程度上影響積雪覆蓋率的再分布。雖然，日照數(shù)在減少，但是累積日照數(shù)在增加，積雪依舊在下降，所以變現(xiàn)出正比的關(guān)系。

由圖3知，坡度在12.4～19.5°的積雪覆蓋是最大，30～56.7°積雪覆蓋率最低。從整體看，5.3°以上地區(qū)的積雪覆蓋顯著高于5.3°以下區(qū)域。

圖3 不同坡度帶積雪覆蓋率及其與氣象因子的關(guān)系

2.2.2 積雪覆蓋率與氣象因子關(guān)系

和田河山區(qū)年內(nèi)積雪覆蓋率與氣溫、風(fēng)速、日照呈負(fù)相關(guān)(表3)。在所由坡度帶中，氣溫表現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性，在0～5.3°和30～56.7°均通過了p=0.01的檢驗，在5.3～12.4°中也通過了p=0.05的檢驗，日照僅在0～5.3°范圍內(nèi)通過了p=0.05的檢驗，而風(fēng)速卻沒展現(xiàn)出任何相關(guān)性。在坡度分帶的相關(guān)性檢驗中氣溫和積雪覆蓋率的相關(guān)系數(shù)絕對值明顯大于風(fēng)速、日照和積雪覆蓋率的相關(guān)系數(shù)絕對值。說明坡度分帶的積雪覆蓋率對氣溫的變化最為敏感。其他氣象因子與積雪覆蓋率的相關(guān)性大小為：日照>風(fēng)速。由此可見，從坡度帶的角度分析積雪變化，氣溫是依舊是影響年內(nèi)積雪覆蓋率的主要因素，積雪變化率的變化與氣溫的波動振幅緊密相關(guān)。

表3 不同坡度帶積雪覆蓋率與氣象因子的相關(guān)分析

注：**表示通過0.01水平檢驗，*表示通過0.05水平檢驗。

2.3 積雪與坡向和氣象因子的關(guān)系

2.3.1 不同坡向積雪覆蓋率在年內(nèi)的變化

考慮到積雪覆蓋的變化會收到地形、風(fēng)速、日照的影響，而且風(fēng)吹雪會在一定程度上會影響積雪的遷移。為了有更好地對積雪分布與消融規(guī)律的相互作用關(guān)系，將研究區(qū)分為北坡A(0～22.5°)、東北坡(22.5～67.5°)、東坡(67.5～112.5°)、東南坡(112.5～157.5°)、南坡(157.5～202.5°)、西南坡(202.5～247.5°)、西坡(247.5～292.5°)、西北坡(292.5～337.5°)、北坡B(337.5～360°)9個坡向。

由圖4可得，積雪覆蓋率在各個坡向帶的變化趨勢幾乎一致。在所有的坡向帶在年內(nèi)積雪變化都呈現(xiàn)出微斜“W”型。均在夏季7月底達(dá)到最低，2月積雪覆蓋率達(dá)到最大。在3月初-6月2日，雖然溫度、風(fēng)速、日照數(shù)均在變大，而積雪覆蓋率變化不顯著，因為在此時，累積溫度、累積日照數(shù)都沒有達(dá)到積雪消融的臨界條件，而且存在著融雪對氣候因子的響應(yīng)的滯后性。在6月3日-9月1日，溫度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，此時，達(dá)到各個坡向帶積雪覆蓋的消融條件，積雪覆蓋率呈現(xiàn)出相反的變化趨勢；而此時風(fēng)速和日照數(shù)卻開始處于下降過程，由于“風(fēng)吹雪”和太陽輻射的共同作用，影響積雪系統(tǒng)的輻射量的平衡，進(jìn)一步影響積雪覆蓋率的再分布，所以在該時間段，積雪覆蓋于風(fēng)速和日照呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系。

具體到每個坡向帶，其間的積雪覆蓋率有一定的區(qū)別。由圖4對比可以得知，年內(nèi)最大積雪覆蓋率最大為東坡，最小為北坡A。東坡的積雪覆蓋率明顯高于東北坡和東南坡，年內(nèi)最低覆蓋率在7月底為36.1%，最高在4月份為60%。北坡A最大積雪覆蓋率在7月22.39%，在3月下旬達(dá)到峰值為46.15%。南坡、西坡、西南坡、西北坡、北坡變化趨勢相近。南坡積雪覆蓋率在年內(nèi)最為明顯，從4-6月，積雪覆蓋率與東坡一致，最大積雪覆蓋率可達(dá)58.28%，從4月開始快速下降，在8月初，降低至年最低覆蓋率為29%左右。由圖5可以看出，在秋冬季，北坡B、西北坡、西南坡積雪覆蓋變化率幅度極小，在春夏季，積雪覆蓋率的年內(nèi)大小依次為：西南坡>西北坡>北坡B，從全年看，積雪覆蓋率在各個坡向帶都經(jīng)過了“消融-積雪-消融-積雪”的二次消融過程，與中高程帶積雪覆蓋率年內(nèi)變化類似。

2.3.2 積雪覆蓋率與氣象因子關(guān)系

流域山區(qū)年內(nèi)積雪覆蓋率與氣溫、風(fēng)速、日照呈負(fù)相關(guān)(表4)。在北坡A，溫度通過了p=0.01水平的顯著性檢驗，風(fēng)速和日照也都通過了p=0.05水平的顯著性檢驗，而在東坡，僅有氣溫和日照通過了p=0.05的顯著性檢驗。而積雪覆蓋率與風(fēng)速卻表現(xiàn)出沒有任何相關(guān)性。在坡向分帶的相關(guān)性檢驗中氣溫和積雪覆蓋率的相關(guān)系數(shù)絕對值明顯大于風(fēng)速、日照和積雪覆蓋率的相關(guān)系數(shù)絕對值。說明氣溫依舊是影響坡向帶積雪覆蓋的主導(dǎo)因素，積雪變化率的變化與氣溫的波動振幅緊密相關(guān)。北坡A接受的太陽日照時間長，積雪覆蓋較小，夏季平均氣溫較高，大部分坡向帶的積雪都可以消融，冬季在西坡存在積雪永久賦存區(qū)。

表4 不同坡向帶積雪覆蓋率與氣候因子的相關(guān)分析

注：**表示通過0.01水平檢驗，*表示通過0.05水平檢驗。

2.4 積雪蓋覆蓋時空分析

2.4.1 積雪的時間變化

為研究雪蓋在年際的變化，制作了和田河流域年最大積雪覆蓋率圖，最大積雪覆蓋率代表了年內(nèi)積雪面積的峰值，該值對平均積雪面積有重要的影響，導(dǎo)致產(chǎn)生的融雪徑流量也不同，會影響融雪洪水的峰值。所以本文對新疆和田河流域11年間每8 d積雪覆蓋產(chǎn)品的最大積雪覆蓋率進(jìn)行統(tǒng)計(圖5)，和田河流域山區(qū)最大積雪覆蓋率為57.%～76.9%，出現(xiàn)時間在冬、春、秋季，最多時間出現(xiàn)在2月、3月和5月。平均最大積雪覆蓋率為66.9%，春季由于最大積雪面積的變化可能會導(dǎo)致春季洪水的發(fā)生。

2.4.2 積雪的頻率空間變化

積雪的覆蓋時間頻率指一個積雪像元的覆蓋次數(shù)。通過ArcGIS處理得到和田河流域的積雪累計分布圖(圖6)。和田河流域整體呈現(xiàn)微弱增加趨勢。整體流域內(nèi)積雪分布范圍沒有大幅度改變，主要形成了東北、中部山脊線區(qū)域和西南部三塊積雪空間。但是和田河流域積雪分布在2013年前后有一些小差異。2013年之前，東北積雪區(qū)域(山脊線以東)積雪覆蓋時間呈現(xiàn)出減少的趨勢，而在2013年之后，該區(qū)域卻有較為明顯的增趨勢。和田流域山脊線區(qū)域積雪時長較穩(wěn)定，常年積雪覆蓋時間頻率大于0.8，西南部積雪區(qū)域變化較為平緩，與流域高程對比，山脊線區(qū)域高程為4 500 m以上，可以分析該區(qū)域為常年積雪區(qū)，即雪線的高度所在，雪頻率高值區(qū)呈現(xiàn)出典型的條帶狀分布，呈現(xiàn)東南-西北分布，且東部大于西部。

圖6 2007至2017年和田河流域積雪覆蓋時間頻率圖

3 結(jié) 語

為進(jìn)一步探討地形及氣候變化對新疆和田河流域積雪覆蓋的影響，本文重點(diǎn)分析高程、坡度、坡向、氣象因子與積雪覆蓋的時空變化關(guān)系。本研究主要獲得如下結(jié)論。

(1)高程對積雪覆蓋影響，將2007-2017年積雪覆蓋數(shù)據(jù)(MOD10A2)劃分為3個高程帶，海拔3 500 m以下、海拔3 500～5 000 m、海拔5 000 m以上。海拔低于3 500 m區(qū)域：隨著海拔的升高，積雪覆蓋率在年內(nèi)整體波動大致呈現(xiàn)“U”型到“V”型變化。秋冬季有明顯的波動，冬季波動最大，年內(nèi)積雪覆蓋率從8月底開始上升，由5%上升至40%左右。海拔5 500 m以上區(qū)域的積雪覆蓋率接近100%，其余高程帶積雪覆蓋年內(nèi)變化呈現(xiàn) “W”型，峰值出現(xiàn)在4月中旬和翌年2月，整體呈現(xiàn)出“消融-積雪-消融-積雪”的重復(fù)過程。

(2)坡度和坡向?qū)Ψe雪覆蓋影響，坡度小于5.3°的積雪覆蓋率在25%左右上下波動，最大積雪覆蓋率僅接近于28.01%。而坡度位于5.3°～30°的積雪覆蓋率隨時間波動相似，最小覆蓋率為30%左右，最大覆蓋率在翌年二月可達(dá)68.68%。積雪覆蓋率最大坡向為東坡，在4月可達(dá)最大值60%，在7月底積雪覆蓋率最低為36.1%。北坡A全年積雪覆蓋率低于46.15%。不同坡向帶積雪變化呈現(xiàn)較為一致的積雪-消融-積雪-消融的過程規(guī)律，可見坡度、坡向是影響影響積雪分布重要因素。

(3)氣象因素對積雪覆蓋的關(guān)系，積雪覆蓋年內(nèi)變化規(guī)律， 2007-2017年間，最大積雪覆蓋率主要出現(xiàn)在2、3、5月，主要集合在冬、春季。積雪覆蓋率的變化與溫度、風(fēng)速、日照溫度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，溫度是三個氣象因子中對積雪覆蓋率影響最大的因素。在低、中山區(qū)，積雪覆蓋率的變化對氣溫、風(fēng)速、日照變化較為敏感，但是在高山區(qū)海拔5 500 m以上區(qū)域，氣溫、風(fēng)速和日照對積雪覆蓋率影響很有限。但在不同坡度帶和坡向帶中，只有氣溫與積雪覆蓋表現(xiàn)出較好的相關(guān)性。

□