欧亚大陆雪水当量损失时空变化特征及其与气候变化的关系

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季节性积雪是地表能量和水循环的关键组成部分,也是重要的淡水资源。欧亚大陆是北半球积雪的主要分布区,本研究利用欧亚大陆地面台站观测资料(包括降水、气温、积雪深度、雪水当量、风速、相对空气湿度)和积雪密度资料,对降水量的观测值进行了校正,基于校正后的数据系统计算了1966—2016年欧亚大陆降雪、积雪特征以及积雪在累积期的物质损失情况,并分析了雪水当量损失的时空变化特征及其与气候变化的关系。主要结论概括如下:(1)欧亚大陆降雪量的空间分布异质性显著。库页岛、勘察加半岛和西伯利亚北部地区的多年平均降雪量较大,可以达到400 mm,中国的三大积雪区(新疆、东北地区和青藏高原)降雪量普遍较低,除青藏高原的多年平均降雪量可以达到100 mm以上,其他地区降雪量均在100 mm以内。以1971—2000年作为气候基准期,1966—2016年研究区降雪量距平值以2.8 mm/10yr的速率减少。对于每个气象站来说,东欧平原、西伯利亚大部分地区和青藏高原降雪量呈减少趋势;而西西伯利亚北部、勒拿河流域、库页岛、中国新疆和东北地区的降雪量呈增加趋势。(2)欧亚大陆积雪累积期天数具有显著的纬度地带性,纬度每增加1°,累积期天数延长近4天。西伯利亚北部(65°N以北)的积雪累积期天数最多,超过200天,东欧平原累积期天数介于50200天,中国大部分地区的积雪累积期天数介于50150天。1966—2016年研究区积雪累积期天数距平值以2.3days/10yr的速率减少。对于最大雪水当量,勘察加半岛的多年平均值最大,部分地区可以超过350 mm,东欧平原和西西伯利亚的最大雪水当量普遍介于50200mm,中西伯利亚和东西伯利亚大部分地区最大雪水当量介于50150 mm,中国三大积雪区的最大雪水当量在100 mm以内。1966—2016年研究区最大雪水当量距平值以1.4 mm/10yr的速率增多,其中库页岛的增多趋势最为显著,而在勒拿河流域、东西伯利亚和东欧平原北部最大雪水当量呈减少趋势。(3)积雪损失量(降雪量与积雪累积量之差)和损失比率(损失量与降雪量之比)是两个用以衡量欧亚大陆积雪在累积期雪水当量损失情况的指标。欧亚大陆积雪损失量和损失比率在空间上的分布规律并不一致。部分地区积雪损失量和损失比率有较好的一致性(二者均比较大,比如西伯利亚北部地区;二者均比较小,比如勒拿河流域),但部分地区的积雪损失量较小,对应的损失比率反而较高(比如东欧平原)。1966—2016年积雪损失量和损失比率距平值的减少速率分别为4.9 mm/10yr和2.1%/10yr。对于大多数站点来说,其积雪损失量和损失比率的变化趋势是一致的,即损失量的增加(减少)伴随着损失比率的升高(下降)。(4)积雪损失量和损失比率的变化趋势是气候变化的结果。1966—2016年积雪累积期的平均气温和相对空气湿度距平值分别以0.2℃/10yr和0.2%/10yr的速率增加,但平均风速距平值以0.2 m·s-1/10yr的速率减少。积雪损失量和损失比率与风速的相关性最强,风速每增加1 m/s,积雪损失量增加27.25 mm,损失比率增加5.79%。大部分站点的积雪损失情况与气温和风速呈正相关关系。对于相对空气湿度,中国的积雪损失情况均与之呈负相关关系,蒙古高原北部的积雪损失量与之呈正相关关系,但损失比率与之呈负相关关系。因此,近50年来风速的减弱和气温的升高是积雪物质损失量变化的主要原因。风速的减弱促成积雪损失量减少,同时期的温升导致降雪量下降,由于降雪量的减少速率低于积雪损失量的减少速率,所以积雪损失比率也呈下降趋势。但积雪在累积期物质损失量的减少反而促进了最大雪水当量的增加,进而在气候变暖的背景下为欧亚地区提供了更多的春季融雪水量。在全球变暖的背景下,冬季积雪损失情况会直接影响积雪的再分配、积雪总储量以及来年春季的融雪径流,进而影响积雪水资源评估及其合理利用。但是目前关于积雪累积期物质平衡的研究较少且主要借助模型模拟开展样地尺度上的工作。本研究借助站点观测资料,探究了欧亚积雪在其累积期的物质变化,分析它们与气候变化的关系,这与社会生产和人类生活息息相关,具有重要的现实意义。
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