次网格积雪参数化在祁连山区斑状积雪带模拟中的应用

运用中尺度大气模式MM5,积雪参数化分别采用简单的积雪参数化方案以及考虑次网格积雪分布和雪密度变化的复杂积雪参数化方案,对黑河流域上游祁连站附近气温和降水进行模拟,与祁连站的观测值对比,检验积雪参数化方案中次网格积雪分布和雪密度变化在该地区气温和降水模拟中的作用.结果表明:简单积雪方案对网格积雪的非0即1描述在斑状积雪带是不合理的,尤其在黑河流域海拔3 300 m以下积雪多为斑状或片状,网格内积雪非均匀性的处理是非常必要的;通过耦合简单和复杂积雪方案的大气模式对气温模拟和观测值比较发现,新方案模拟的气温比旧方案模拟值更接近观测值,在气温低于0℃时改进尤其明显,说明使用复杂积雪/融雪方案可改进斑状积雪带气温的模拟.耦合复杂积雪方案的大气模式模拟的降水与观测值绝对误差低于耦合简单积雪方案模拟结果,复杂积雪方案的模拟结果降水错报率为使用简单积雪方案结果的一半,证明了耦合复杂积雪方案可以提高大气模式对该地区春季降水模拟的准确性.与积雪面积变化相对应,耦合复杂积雪方案模拟出了融雪产流量,而使用简单积雪方案则没有模拟出来.综上所述,耦合考虑次网格积雪分布和雪密度变化的复杂积雪参数化方案比耦合“非0即1”积雪方案可以更准确地模拟祁连山区冬、春季气温和降水.

NOAA16卫星积雪识别和参数提取

通过对积雪、地物和云进行光谱分析,指出传统的NOAA AVHRR可见光和近红外波段进行云雪识别存在困难,而雪在红外波段的低反射性特点是区分云雪的一个可行途径.利用NOAA16气象卫星新增的1 6μm红外波段,对中国北方冬季的卫星积雪图象进行识别,结果显示,云雪可以准确区分.同时,提出了利用AVHRR资料估算积雪面积、积雪深度和积雪时间的方法,并对积雪深度进行了精度检验.

新疆天山玛纳斯河流域高分辨率积雪遥感研究进展

新疆天山北麓玛纳斯河流域冬、春季积雪覆盖,高山冰川发育,是我国西北干旱区的典型流域,其冰雪融水对北疆工农业生产和生态环境具有重要意义.近五年来,在流域开展5次科学考察、积雪常规观测和星地同步观测,利用GF-1PMS(Panchromatic and Multi-Spectral)和WFV(Wide Field of View)、HJ-1CCD(Charge-Coupled Device)和IRS(Infrared Scanner)等国产高分光学遥感数据和C波段RADARSAT-2、ENVISAT ASAR等合成孔径雷达数据,探索山区复杂地形条件下的综合辐射校正方法,建立积雪识别模型获取积雪覆盖范围、积雪表面类型和积雪干湿状况,建立积雪参数反演模型获取雪粒径、雪深和雪水当量,分析流域积雪变化特征与雪盖衰退过程,进行流域融雪径流模型的参数率定、模拟与预报,为流域水资源合理利用与调配提供科学依据.

CCM3模式中LSM积雪方案的改进研究 (Ⅰ):修改方案介绍及其单点试验

为了改进美国NCARCCM3全球模式中LSM陆面模型中的积雪方案的模拟效果,在Sun等[1]SAST积雪模型的基础上,作了部分修改后,加进CCM3模式LSM模型中。该方案根据格点区域平均积雪深度的不同,把地面雪盖划分为1到3层不等,能在积雪表层和中间层更好地描述温度的日变化和季节变化;较详细地考虑了雪的热传导、太阳辐射的穿透吸收、雪的融化、液态水的储存、渗透和再冻结等积雪内部的主要物理过程;根据Nimbus-7卫星实测雪深资料修改了积雪覆盖度和雪面反照率的计算方案。利用前苏联6个台站1978—1983年的实测积雪资料和大气强迫数据,进行了单点模拟试验,结果表明,新的积雪参数化方案能够较好地再现积雪深度和雪水当量的逐日和季节变化特征,部分提高了积雪参数化方案对积雪的模拟能力。

CCM3模式中LSM积雪方案的改进研究 (Ⅱ):全球模拟试验分析

为了进一步检验新LSM积雪方案的气候模拟性能,经文献[1]单站模拟检验后,在本文中又进一步将其加入CCM3模式中,分别积分近两年。模拟结果表明:原LSM和新LSM积雪方案虽然都能再现全球气候的主要平均特征,但经改进后的新积雪方案对全球积雪气候、降水等要素场及环流等的气候模拟性能比原LSM积雪方案更好些。

积雪水热迁移机理与模型研究进展

积雪是陆地水文循环以及大气过程的重要组成部分,它调节了陆地和大气之间的能量交换,对下垫面的能量收支平衡与水热迁移起重要作用。在介绍积雪特性参数确定方法及积雪水热运移规律的基础上,对国内外现有积雪模型进行了分类和总结,并指出未来在积雪特性参数化方案、数值模拟计算、尺度转换等方面还应进行更深入的研究。

蒙古高原植被返青期对气候、积雪、土壤水变化的响应特征研究

植被返青期是植被生长过程中的重要阶段之一,探究植被返青期的变化及其影响因素具有重要意义。目前,将积雪与气温、降水等结合,从而探讨植被返青期影响机制的研究还比较少,因此研究基于MODIS NDVI、积雪产品以及ERA-5再分析等数据,采用累计NDVI的Logistic曲线曲率极值法、趋势分析、相关分析以及敏感性分析等方法,探究2001~2018年蒙古高原植被返青期时空变化特征及对气候、积雪、土壤水变化的响应机制。主要结果表明:近18 a蒙古高原植被返青期平均在123 d左右,整体呈现出不显著推迟趋势。其中西南地区和大兴安岭地区返青期最早,萨彦岭和杭爱山返青期最晚。蒙古高原返青期与积雪覆盖度、积雪日期、积雪终日呈显著正相关的区域均>30%,与融雪期温度呈显著负相关的区域>25%,与积雪期降水、土壤水分及积雪初日的相关性较弱。研究得到积雪对于植被返青期的影响显著,其因子敏感度排序为:积雪覆盖度(0.467)>积雪日期(0.184)>融雪期温度(0.113)>积雪终日(0.028)。

雪热力模型(SNTHERM)在冰沟流域的模拟和敏感性试验

采用基于质能平衡的积雪过程模型—雪热力模型(Snow Thermal Model,SNTHERM.89)来描述和模拟2008年中国甘肃省黑河实验冰沟流域的积雪过程与积雪特性参数,并将模型模拟的雪水当量与高级微波扫描辐射计(AMSR-E)的雪水当量产品进行了对比。模型验证结果表明,SNTHERM模型能准确模拟黑河冰沟流域的积雪变化过程和积雪特性,对积雪的演变特征作出合理的描述,表明SNTHERM在中国黑河冰沟流域有较好的适用性。对SNTHERM模型进行不同驱动气象参数和初始输入参数的敏感性分析的结果表明,积雪特性参数对辐射通量最敏感;各积雪特性参数对各自的初始输入比较敏感,密度则对初始输入的雪深、密度和颗粒大小都比较敏感,表明在需要准确模拟密度的情况下以及进行雪水当量同化工作时,初始输入的雪层深度、密度和颗粒都必须比较准确。