近20 a新疆阿爾泰山積雪時空變化及其影響因素

李 虹，李忠勤,2,，陳普晨，彭加加

（1.西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，冰凍圈科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/天山冰川站，甘肅 蘭州 730000；3.石河子大學(xué)理學(xué)院，新疆 石河子 832003）

積雪是冰凍圈的主要組成部分之一，也是地球表面較為活躍的要素之一，其對區(qū)域和全球尺度上的能源和水平衡具有重要意義［1-3］。積雪與氣候之間存在相互反饋?zhàn)饔茫?］，由于積雪反射率高、導(dǎo)熱系數(shù)低、相變潛熱小，因此，對地表能量、水文、大氣環(huán)流等要素有著深刻影響［5-7］，而積雪又是氣候的產(chǎn)物，區(qū)域積雪覆蓋的長期起伏變化，無疑是該地區(qū)氣候長期變動的結(jié)果［8］。近一個世紀(jì)以來，積雪變化監(jiān)測一直是診斷區(qū)域氣候、研究氣候與積雪之間相互影響的一個重要途徑［9］。此外，高寒山區(qū)作為冰雪融水補(bǔ)給的源頭，積雪變化對上游出山徑流有直接影響，積雪融水作為西北干旱半干旱區(qū)的重要淡水資源之一［10-11］，對區(qū)域生態(tài)地理環(huán)境起決定性作用。因此，積雪變化及歸因研究對區(qū)域水資源管理以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要［12-13］。

20 世紀(jì)70 年代以來，隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)在不同尺度區(qū)域的冰雪研究中得到了廣泛應(yīng)用，同時也為獲取長時間序列和大面積積雪時空動態(tài)變化特征及積雪監(jiān)測提供了有效手段［14-15］。近年來，許多學(xué)者基于遙感技術(shù)對積雪進(jìn)行了廣泛研究。Chen 等［16］基于MODIS 數(shù)據(jù)分析了新疆地區(qū)2001—2015 年積雪和積雪日數(shù)在時間和空間上的變化規(guī)律，結(jié)果顯示，新疆地區(qū)的季節(jié)性積雪主要出現(xiàn)在10月—次年4月，最大積雪量發(fā)生在1月，最小積雪量出現(xiàn)在7 月、8 月；新疆特殊地形對積雪和氣候變化都有很大的影響。田豐等［17］基于谷歌地圖引擎云平臺對新疆北部地區(qū)積雪因子進(jìn)行了去云處理，研究發(fā)現(xiàn)積雪產(chǎn)品相對于氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)的總精度達(dá)到91.47%，適用于積雪因子的時空變化分析。新疆北部地區(qū)積雪覆蓋日數(shù)空間分布差異較大，溫度對積雪覆蓋日數(shù)的影響大于降水量。薩楚拉等［18］利用2002—2012年的MODIS積雪產(chǎn)品，研究新疆積雪覆蓋面積變化特征時發(fā)現(xiàn)積雪面積有減少趨勢；近10 a來新疆的永久性積雪覆蓋區(qū)域主要分布在阿爾泰山脈、天山北麓及沿昆侖山脈西南部。婁夢筠等［19］利用2002—2011 年的積雪遙感數(shù)據(jù)，對新疆積雪面積的時間變化特征及空間分布特征進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)新疆積雪面積總體上呈減少趨勢，永久性積雪大多分布在海拔5000～6000 m 范圍內(nèi)。

以上研究表明，利用遙感手段對積雪的研究主要針對整個新疆地區(qū)，而忽略了小尺度積雪的時空變化，基于積雪遙感及氣象格網(wǎng)數(shù)據(jù)對新疆阿爾泰山積雪時空分布特征及其影響因子的研究較少。阿爾泰山位于新疆北部，深處內(nèi)陸，積雪融水是該區(qū)重要的淡水資源［20］；海拔高差大，受地形影響，積雪分布特征具有明顯的空間異質(zhì)性［21］。因此，分析阿爾泰山積雪變化及其影響因素可為該區(qū)域水資源和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供理論依據(jù)，對氣候變化具有深遠(yuǎn)意義。新疆阿爾泰山氣象站點(diǎn)十分有限，為了更好地研究氣溫、降水空間差異對積雪變化的影響，文中選取1901—2020 年中國1 km 分辨率月氣候數(shù)據(jù)集，避免了站點(diǎn)數(shù)據(jù)代表空間范圍受限造成的影響。故本文用MOD10A2積雪數(shù)據(jù)結(jié)合DEM及氣象格網(wǎng)數(shù)據(jù)，對新疆阿爾泰山的積雪時空分布特征及其影響因子進(jìn)行了探究。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

中國境內(nèi)的阿爾泰山（圖1）位于新疆最北部，與蒙古和俄羅斯接壤，長約500 km，越向東南山地海拔越低［22］。地理坐標(biāo)為46°20′～49°10′ N、85°50′～91°00′E，總體地勢北高南低，海拔3200 m以上為冰雪積累帶，是我國主要的畜牧業(yè)基地，屬大陸性寒溫帶氣候，夏季干熱少雨，冬季嚴(yán)寒多雪［23-24］。山區(qū)年平均氣溫約-8～4 ℃，年均降水量約300～500 mm，暖季盛行的西風(fēng)把北大西洋的水汽輸送到該區(qū)域，從而使得阿爾泰山的降水量表現(xiàn)出由西向東逐漸減少的趨勢［25］。冷季受西伯利亞高壓的控制，常在10 月—次年4 月發(fā)生雪災(zāi)天氣且氣溫較低，導(dǎo)致積雪期較長，大部分區(qū)域被積雪覆蓋［26］。積雪的變化規(guī)律對當(dāng)?shù)剞r(nóng)牧業(yè)的發(fā)展有重要影響，牽動著當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)命脈。

圖1 新疆阿爾泰山地理位置及氣象站點(diǎn)分布示意圖Fig.1 Map of geographical location and meteorological station distribution in Altai Mountain of Xinjiang

1.2 數(shù)據(jù)來源

1.2.1 MOD10A2積雪數(shù)據(jù) 選取的MOD10A2是美國國家冰雪數(shù)據(jù)中心（National Snow and Ice Data Cente，NSIDC）提供的新一代“地球觀測系統(tǒng)”Terra衛(wèi)星監(jiān)測的8 d合成的積雪產(chǎn)品數(shù)據(jù)，反映8 d內(nèi)最大積雪覆蓋范圍，空間分辨率為500 m，數(shù)據(jù)格式為hdf，投影為正弦曲線投影［27］。MOD10A2 可以很好的避免“云污染”影響，能夠滿足長時間序列、高精度的積雪研究［28-29］。已有研究表明，MOD10A2在北疆區(qū)域的積雪識別精度為87.5%～94.0%［30-31］，可以較好地呈現(xiàn)新疆阿爾泰山積雪分布的實(shí)際狀況。選用2001—2020 年的MOD10A2 積雪產(chǎn)品數(shù)據(jù)，覆蓋研究區(qū)的影像有兩幅，軌道號為h23v04 和h24v04。

利用MRT（MODIS Reprojection Tools）工具對覆蓋研究區(qū)的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行批量拼接與投影變換，將地理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為WGS84，投影轉(zhuǎn)換為Albers 投影，格式轉(zhuǎn)換為GeoTIFF 格式，最后用研究區(qū)矢量邊界裁剪后進(jìn)行積雪數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

1.2.2 氣象數(shù)據(jù) 氣象數(shù)據(jù)是源于國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http://www.geodata.cn）的1901—2020年中國1 km 分辨率月氣候數(shù)據(jù)集，選取2001—2020年的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)集是對CRU v 4.02氣候數(shù)據(jù)集在中國地區(qū)進(jìn)行降尺度生成的，并用獨(dú)立氣象觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，是目前我國時間序列最長、空間分辨率最高、覆蓋面積最廣的月氣候數(shù)據(jù)集［32-33］。采用中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://cdc.cma.gov.cn）2001—2020 年4 個氣象站的月平均氣溫、降水資料驗(yàn)證該數(shù)據(jù)集在研究區(qū)的適用性，氣象站信息詳見表1。結(jié)果表明，氣溫數(shù)據(jù)之間的相關(guān)系數(shù)均高達(dá)0.99，降水?dāng)?shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)在0.64～0.70，說明該氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)集在研究區(qū)的精度較高，能滿足研究需要。此外，將其分辨率重采樣至500 m，與積雪數(shù)據(jù)相匹配。新疆阿爾泰山2001—2020 年平均氣溫（圖2）、降水（圖3）空間分布情況如下圖所示。

表1 氣象站點(diǎn)信息Tab.1 Information of meteorological stations

圖2 新疆阿爾泰山2001—2020年平均氣溫Fig.2 Average temperature in Altai Mountain of Xinjiang from 2001 to 2020

圖3 新疆阿爾泰山2001—2020年平均降水量Fig.3 Average precipitation in Altai Mountain of Xinjiang from 2001 to 2020

1.2.3 DEM 數(shù)據(jù) 數(shù)字高程（DEM）數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云（http://www.gscloud.cn/）SRTM V 4.1 版本，空間分辨率90 m。將DEM數(shù)據(jù)空間分辨率重采樣至500 m，在文中用于高程帶和坡向的劃分與提取。

1.3 研究方法

1.3.1 積雪指標(biāo) 積雪覆蓋率（Snow Cover Percentage，SCP）用來表征相對積雪面積，是積雪覆蓋面積占區(qū)域總面積的百分比［34］。計算公式如下：

式中：Ps為統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)積雪覆蓋面積；P為區(qū)域總面積。

積雪覆蓋頻率（Snow Cover Frequency，SCF）為一個積雪年內(nèi)每個像元中積雪像元的累積出現(xiàn)次數(shù)占總統(tǒng)計次數(shù)的比率，反映年內(nèi)積雪覆蓋持續(xù)時間的總體特征［29］。

式中：SCFi,j為第i年像元j的積雪覆蓋頻率；ifsnow(j)=1表示像元被積雪覆蓋，ifsnow(j)=0表示像元未被積雪覆蓋；jmax為統(tǒng)計時段內(nèi)像元j總統(tǒng)計次數(shù)。

1.3.2 趨勢分析 采用一元線性回歸分析方法對2001—2020 年新疆阿爾泰山積雪覆蓋頻率的動態(tài)變化進(jìn)行趨勢分析，單個像元多年回歸方程中的趨勢線斜率即為年際變化率，計算公式為：

式中：Slope是回歸方程的斜率；n為統(tǒng)計時段的累計年數(shù)；若Slope＞0，表示過去20 a 積雪覆蓋頻率呈上升趨勢，Slope＜0 表示積雪覆蓋頻率有下降趨勢，若Slope=0 則認(rèn)為積雪覆蓋頻率無變化。采用F檢驗(yàn)對積雪覆蓋頻率的變化趨勢進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

1.3.3 相關(guān)分析 采用相關(guān)分析法研究積雪特征指標(biāo)與溫度、降水的響應(yīng)關(guān)系。其計算公式為：

式中：n為統(tǒng)計時段的累計年數(shù)；xi、yi為相關(guān)分析的兩個變量；xˉ、yˉ為兩個變量n年的平均值。當(dāng)Rxy＞0時表示正相關(guān)，Rxy＜0時則表示負(fù)相關(guān)。Rxy的絕對值越接近于1，表示兩要素的相關(guān)性越高。樣本相關(guān)系數(shù)并不能說明兩變量之間是否具有顯著線性關(guān)系，因此文章還利用T檢驗(yàn)對相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 積雪時間變化

2.1.1 積雪覆蓋率年內(nèi)變化特征 將20 a內(nèi)每個月最大積雪覆蓋率（SCP）作為當(dāng)月的SCP得到12個月的積雪資料，再對新疆阿爾泰山SCP 年內(nèi)變化特征進(jìn)行分析（圖4）。1月SCP最大，為92.76%，7月SCP最小，僅1.89%。冬季的三個月（11 月—次年1 月）是年內(nèi)SCP最大的月份，其覆蓋率均超過90%，其次是3 月和11 月，SCP 分別為55.73%和81.85%，其他月份SCP 都低于45%。分析圖4 可知，阿爾泰山積雪從10月開始累積，到翌年1月達(dá)到最大值，2月開始積雪逐漸消融，SCP 急劇減小，于7 月達(dá)到最小值。

圖4 新疆阿爾泰山月平均積雪覆蓋率Fig.4 Average monthly SCF in Altai Mountain of Xinjiang

2.1.2 積雪覆蓋率年際變化特征 通過對新疆阿爾泰山2001—2020 年SCP 的計算可得出積雪年際變化特征（圖5），結(jié)果顯示，阿爾泰山SCP總體呈不顯著減少趨勢，變化率為-0.88%·(10a)-1，這與全球氣候變暖有緊密聯(lián)系，氣溫升高導(dǎo)致研究區(qū)SCP 不斷減?。?5］。研究區(qū)積雪的年際變化呈現(xiàn)階段性增加或減小的變化趨勢。其中，2001—2006 年的平均SCP 呈波動下降趨勢，變化率為-1.93%·(10a)-1。2007 年達(dá)到了近20 a 最低值，為41.55%。2008—2010 年的平均SCP 呈明顯上升趨勢，變化率為6.04%·(10a)-1，2010 年的平均SCP 值最大，為48.84%。2011—2020 年的平均SCP 表現(xiàn)為波動中下降趨勢，變化率為-3.60%·(10a)-1。

圖5 2001—2020年新疆阿爾泰山平均積雪覆蓋率年際變化Fig.5 Interannual variation of SCF in Altai Mountain of Xinjiang from 2001 to 2020

SCP變化具有明顯的季節(jié)性（圖6），除秋季呈增加趨勢以外，其余三個季節(jié)都呈減少趨勢。SCP 冬季減小速率最快，變化率為-3.23%·(10a)-1；秋季SCP 年際波動較大，但總體呈增加趨勢，變化率為-2.21%·(10a)-1。由于秋季溫度開始降低，氣候變化情況復(fù)雜，導(dǎo)致積雪覆蓋率年際變化差異顯著［36］；夏季SCP 整體上表現(xiàn)為微弱減少趨勢，波動相對平緩。新疆阿爾泰山冬季SCP 最大，是由冬季較低的氣溫及頻繁的暴風(fēng)雪導(dǎo)致。覆蓋率最小的季節(jié)為夏季，夏季主要是高海拔的永久性積雪。

圖6 2001—2020年新疆阿爾泰山春季（a）、夏季（b）、秋季（c）、冬季（d）積雪覆蓋率年際變化Fig.6 Interannual variations of SCF in spring(a),summer(b),autumn(c)and winter(d)in Altai Mountain of Xinjiang from 2001 to 2020

年內(nèi)氣溫、降水等氣候條件的不均衡分布，使得年際間SCP 最值出現(xiàn)的時間波動不定，對新疆阿爾泰山20 a間每8 d合成影像的最大、最小SCP進(jìn)行統(tǒng)計（圖7），發(fā)現(xiàn)阿爾泰山年SCP最大值在96.45%～99.92%，主要在1月和12月；最小覆蓋范圍為0.84%～2.27%，出現(xiàn)時間為7—8月。近20 a來，該地區(qū)最小SCP呈增大趨勢，最大SCP呈減小趨勢。

圖7 2001—2020年新疆阿爾泰山最大、最小積雪覆蓋率Fig.7 Maximum and minimum snow cover fraction from 2001 to 2020 in Altai Mountain of Xinjiang

2.2 積雪空間變化

2.2.1 不同海拔帶積雪變化特征 地形是影響新疆阿爾泰山積雪時空分布變化的重要因素之一。不同海拔上的氣溫和降水量不同，從而導(dǎo)致各海拔帶內(nèi)的積雪分布差異顯著。為深入了解阿爾泰山積雪覆蓋與地形因子之間的關(guān)系，將研究區(qū)按不同海拔劃分為5個高程帶（表2），分別計算阿爾泰山20 a來各高程帶年際平均SCP（圖8）?？傮w上，該區(qū)域SCP與海拔成正相關(guān)，在海拔低于500 m時SCP達(dá)到最小值，年均值約為8.11%；海拔500～1000 m 的區(qū)域年均SCP 較低，約為16.81%，是不穩(wěn)定積雪分布的主要區(qū)域；海拔為1500～2000 m 的區(qū)域年均SCP顯著增大，最高值可達(dá)90.31%；海拔高于2000 m 的區(qū)域年均SCP 最高，可達(dá)99.08%，為常年穩(wěn)定積雪區(qū)，這些區(qū)域受西風(fēng)和西伯利亞高壓的影響，降雪較多。此外，隨海拔的升高氣溫逐漸降低，這也為積雪的持續(xù)發(fā)育和保持創(chuàng)造了條件［37］。

表2 海拔分帶及面積統(tǒng)計Tab.2 Elevation zoning and area statistics

圖8 2001—2020年新疆阿爾泰山不同海拔積雪覆蓋率Fig.8 Snow cover at different elevations in Altai Mountain of Xinjiang from 2001 to 2020

2.2.2 不同坡向積雪變化特征 積雪消融受太陽輻射影響較大，而太陽輻射隨太陽高度和地形起伏的變化而變化，導(dǎo)致不同區(qū)域積雪消融差異明顯［38］。山體陽坡太陽輻射較強(qiáng)，溫度較高，而陰坡太陽輻射較弱，溫度較低［39］，故陽坡SCP比陰坡小。為了更好的研究不同區(qū)域積雪的分布與消融規(guī)律，如表3所示，將研究區(qū)按照方位角重分類為8個坡向，然后借助ArcGIS 提取各坡向的SCP 值（圖9）。結(jié)果表明，新疆阿爾泰山各坡向SCP存在顯著差異，最高值出現(xiàn)在西北坡，為28.45%，這是因?yàn)樵谖鞅崩淇諝獾挠绊懴?，西北坡水汽較多，有利于積雪形成。由于受到的太陽輻射較少，導(dǎo)致北坡、西坡、東北坡和東坡的SCP值較高，為23%左右；而西南坡和東南坡SCP 值相對較低，為21%左右；SCP 最低值是在南坡，僅為18.36%，因南坡為陽坡，積雪消融較迅速，不利于積雪積累。

表3 坡向方位角范圍及面積統(tǒng)計Tab.3 Azimuth range and area statistics of slope aspect

圖9 新疆阿爾泰山不同坡向積雪覆蓋率Fig.9 Snow cover rate of different slopes in Altai Mountain of Xinjiang

2.2.3 積雪覆蓋頻率分布特征 新疆阿爾泰山多年平均積雪覆蓋頻率（SCF）空間分布差異明顯，由圖10a 可以看出，年均SCF＞70%的高值區(qū)主要位于高海拔山區(qū)，大多為常年積雪和冰川覆蓋區(qū)，約占研究區(qū)總面積的8.57%。SCF 為30%＜SCF≤70%的次高值區(qū)分布在永久積雪區(qū)的周邊區(qū)域，占總面積的61.25%，是面積分布最廣的區(qū)域，該區(qū)域季節(jié)性積雪較豐富，是河川徑流的冰雪融水補(bǔ)給區(qū)。SCF≤30%的額爾齊斯河平原區(qū)，占總面積的21.18%，該區(qū)域積雪持續(xù)時間較短，對春季融雪徑流貢獻(xiàn)較大。

圖10 2001—2020年新疆阿爾泰山SCF空間分布（a）和SCF年際趨勢變化（b）Fig.10 Spatial distribution of SCF in Altai Mountain of Xinjiang from 2001 to 2020(a)and the trend of annual SCF(b)

為分析研究區(qū)SCF 的年際變化特征，采用一元線性回歸分析方法對2001—2020 年新疆阿爾泰山SCF 的動態(tài)變化進(jìn)行趨勢分析，并對趨勢變化狀況進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。由圖10b 可知，SCF 變化空間差異性較大?？傮w上，高山區(qū)SCF呈上升趨勢，平原與河流區(qū)SCF 呈下降趨勢。如表4 所示，有67.65%的區(qū)域SCF 呈減少趨勢，其中有6.64%區(qū)域的SCF 呈極顯著降低趨勢；呈顯著降低趨勢的區(qū)域主要分布于平原區(qū)。SCF 呈極顯著升高，顯著升高趨勢的區(qū)域面積占比為0.60%，主要分布于阿爾泰高山區(qū)。

表4 新疆阿爾泰山SCF變化趨勢的顯著統(tǒng)計結(jié)果Tab.4 Statistical results of SCF change trend in Altai Mountain of Xinjiang

2.3 積雪覆蓋頻率與氣溫、降水的關(guān)系

氣溫與降水是描述積雪變化的兩個主要?dú)庀笠蜃?，故本文對新疆阿爾泰?001—2020年的平均氣溫、降水量空間分布進(jìn)行了研究，并逐像元計算20 a平均SCF與平均氣溫、降水的相關(guān)系數(shù)，以便對其相關(guān)性空間分布進(jìn)行分析。低海拔區(qū)域的平均氣溫在0 ℃以上，如額爾齊斯河平原區(qū)，氣溫與SCF的相關(guān)系數(shù)大多在-0.4以下，表現(xiàn)出較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性。因此，氣溫是影響該區(qū)域積雪變化的主要因素。隨海拔的升高氣溫逐漸下降，氣溫對積雪的影響逐漸減弱。阿爾泰山高山區(qū)年均氣溫在-3 ℃以下，部分地區(qū)甚至低于-6 ℃（圖2），氣溫變化對這些地區(qū)SCF的影響相對較小，相關(guān)系數(shù)大多在-0.2～0，呈弱負(fù)相關(guān)性。整體上，阿爾泰山氣溫與SCF 呈顯著負(fù)相關(guān)的面積約為9.08×103km2，占研究區(qū)總面積的80.52%左右，此外，有21.06%的區(qū)域兩者間相關(guān)系數(shù)在-0.4 以下，尤其是阿爾泰山東南部（圖11）。阿爾泰山西北部、東北部及其他的部分地區(qū)氣溫與SCF成負(fù)相關(guān)，但是整體相關(guān)系數(shù)偏小，主要是因?yàn)闅鉁刈兓瘜Ψe雪覆蓋的影響隨海拔的增加而明顯減弱［40］，導(dǎo)致部分高海拔區(qū)域SCF 和氣溫相關(guān)性較差。

圖11 新疆阿爾泰山2001—2020年SCF與氣溫的相關(guān)系數(shù)空間分布Fig.11 Spatial distribution of correlation coefficient between SCF and temperature in Altai Mountain of Xinjiang from 2000 to 2020

2001—2020 年新疆阿爾泰山年均降水量呈現(xiàn)西北部向東南部逐漸降低的空間分布特征。其中降水量較多的區(qū)域主要集中在克蘭河西北側(cè)，降水量大多在220 mm以上，尤其是哈巴河與布爾津河西北部，年均降水量高達(dá)300 mm以上（圖3）。與氣溫不同，新疆阿爾泰山87.14%的區(qū)域SCF與降水量呈正相關(guān)，其中相關(guān)系數(shù)在0.4以上的區(qū)域主要分布在額爾齊斯河平原區(qū)，占總面積的8.56%。阿爾泰山SCF與降水的相關(guān)系數(shù)主要集中在0.2～0.4（圖12）。此外，相關(guān)系數(shù)較低的區(qū)域主要位于高海拔山區(qū)。山區(qū)氣溫相對較低，降水多以雪的形式出現(xiàn)，常年被雪覆蓋，使得降水量對SCF 的影響減弱。低海拔區(qū)域沒有穩(wěn)定積雪，其積雪主要來源于降水，因此，SCF與降水量的相關(guān)性更為顯著。

3 討論

新疆阿爾泰山的積雪覆蓋率受地形、氣象因素影響，空間異質(zhì)性特征明顯［41］。阿爾泰山SCP 隨海拔的升高而增大，高海拔山區(qū)積雪常年累積，形成穩(wěn)定性積雪，而內(nèi)陸平原區(qū)積雪較少，這與鄭淑文等［42］的研究具有一致性。這是因?yàn)楹０紊邭鉁亟档?，降雪增多，有利于積雪的發(fā)育和保持，故高海拔地區(qū)多被深雪覆蓋，不易消融，而低海拔區(qū)域的積雪覆蓋多為淺雪，積雪融化速度較快［43］。此外，由于各坡向太陽輻射差異較大，影響了雪蓋能量收支狀況及積雪消融速度［44］，導(dǎo)致積雪坡向分布差異顯著。

已有研究發(fā)現(xiàn)相對于降水，氣溫是影響積雪變化的主要因素［45-47］。本文研究結(jié)果顯示，新疆阿爾泰山氣溫空間分布受高程影響較明顯且氣溫與SCF整體呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在低海拔地區(qū)，溫度的升高加速了積雪消融，因此，溫度是決定積雪變化的主要因素，這與前人研究結(jié)果一致。但隨著海拔的升高，溫度對積雪的影響逐漸減弱，這是由于在高海拔地區(qū)，氣溫常年在0 ℃以下，積雪很難消融，此時影響積雪融化的主要因素是低壓條件下的積雪升華［48］。

本文只對新疆阿爾泰山積雪覆蓋在不同時間及地形上的變化特征進(jìn)行了研究，但積雪消融同時也受到輻射、風(fēng)力和地溫等的共同作用。由于阿爾泰山氣象站點(diǎn)較少且分布不均勻，使得該區(qū)實(shí)測氣象數(shù)據(jù)較為匱乏。氣象數(shù)據(jù)集連續(xù)性較好，但是與實(shí)測數(shù)據(jù)相比精度較低，后續(xù)應(yīng)加強(qiáng)實(shí)地觀測與遙感手段相結(jié)合。

4 結(jié)論

利用MOD10A2 積雪產(chǎn)品提取了新疆阿爾泰山2001—2020年的積雪覆蓋率及積雪覆蓋頻率，并結(jié)合DEM 及氣象數(shù)據(jù)對阿爾泰山積雪時空分布特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：

（1）20 a 間新疆阿爾泰山SCP 整體呈不顯著減少趨勢，最小值出現(xiàn)在2007 年，最大值出現(xiàn)在2010年；年內(nèi)積雪從10 月開始積累，1 月SCP 值達(dá)到最大。積雪變化具有明顯的季節(jié)性，SCP 除秋季呈增加趨勢以外，其余三個季節(jié)都呈減小趨勢。

（2）新疆阿爾泰山的SCP 與海拔呈正相關(guān)關(guān)系。海拔低于500 m 的區(qū)域SCP 值最低，均值約為8.11%；海拔2000 m 以上區(qū)域SCP 值最大，平均達(dá)99.08%，為常年穩(wěn)定積雪區(qū)。不同坡向上的SCP 值也不同，其中西北坡SCP值最高，為28.45%，南坡最低，僅為18.36%。

（3）SCF 總體呈現(xiàn)出東北高、西南低的分布格局，與海拔呈顯著正相關(guān)。阿爾泰山SCF 空間差異性較大，其中有67.65%的地區(qū)呈減少趨勢。整體上看，高山區(qū)SCF呈上升趨勢，平原與河流區(qū)SCF呈下降趨勢。

（4）新疆阿爾泰山氣溫與SCF整體呈顯著負(fù)相關(guān)，因此，氣溫是影響該區(qū)域積雪變化的主要因素。新疆阿爾泰山年均降水量呈現(xiàn)西北部向東南部逐漸降低的空間分布特征，有87.14%的區(qū)域SCF與降水量呈正相關(guān)。SCF與降水和氣溫的相關(guān)性均隨海拔升高而降低。