长白山雪深和冻土深度变化及其与气象因子的关系

论文总字数：15244字

目 录

摘要 1

Abstract 2

1.引言 3

2.资料与方法 4

2.1长白山气候特征 4

2.2资料来源 4

2.3数据处理 5

3.结果与讨论 5

3.1雪深年际变化 5

3.2冻土厚度年际变化 6

3.3雪深和冻土深度的年内变化 7

3.4雪深与气象因子相关性 8

3.4冻土与气象因子相关性 10

3.5积雪对土壤温度的影响 13

4.结论 15

参考文献 15

致 谢 18

长白山雪深和冻土深度变化及其与气象因子的关系

李子颖

, China

Abstract：Based on the routine ground meteorological data and the snow depth and frozen soil depth data from the meteorological observation site of the Changbai Mountains Forest Ecosystem Positioning Station in the southeast of Jilin Province during the period from 2007 to 2013,analyzed the variation of snow depth and frozen soil depth in Changbai Mountain, and discussed the correlation between snow depth, frozen soil depth and meteorological factors.The results showed that (1) Changbai Mountain snow depth and frozen soil thickness vary greatly from year to year, the maximum snow depth in the year is 18 to 45cm, the annual maximum frozen soil thickness in the year is 93 to 145cm. (2)Snow depth and frozen soil thickness are negatively correlated with soil temperature, with temperature decreased, snow depth and frozen soil thickness increased.(3) When the surface is covered by long-term snow cover, the effect of snow on soil gas insulation, and the insulation effect on shallow soil is greater than deep soil.

Key words： Snow depth, frozen soil depth, air temperature, soil temperature

1.引言

IPCC第5次评估报告^[1]第一组报告指出，1880年至2012年间全球地面温度上升了大约0.85℃，全球变暖是近百年来的大趋势。巨大的蓄冰量和热容量使得冰冻圈成为全球第二大气候系统^[2]，因此，有越来越多的学者们开始关注对冰冻圈的研究^[3]。在全球变暖的大背景下，积雪和冻土对气候变化高度敏感，并且有重要的反馈作用，是气候系统的重要组成部分，也是全球变化研究的核心内容和热点之一^[4]。积雪深度是表征积雪特征的重要参数，也是气候变化区域的敏感响应因子^[5]，影响着全球水平衡，且与地表净辐射、冰川积累量变化、植被覆盖度与分布等紧密相关^[6] ，并且冰川、季节性积雪与融雪也是干旱、半干旱地区重要的淡水资源。但过多的降雪也会导致灾害发生，影响农牧业、社会生产和人类正常生活^[7]。冻土指湿润土壤因为温度下降到０℃或以下而达到冻结状态的土壤。根据土壤冻结状态时间的长短，冻土一般可以分为多年冻土和季节性冻土两类^[8]。多年冻土主要存在于高纬度和高海拔的低温区域；季节性冻土指处于年平均气温高于０℃的环境中，冬季冻结，春季解冻的土壤，多存在于低纬度和低海拔地区^[9]。本文研究的冻土为季节性冻土。冻土面积占全球陆地表面面积的大部分，短时冻土、季节性冻土和多年冻土的面积约占陆地表面面积的50%，其中，多年冻土面积占地表面积25% ^[10]。在北半球，季节冻土约占陆地表面面积的30%^[11]，多年冻土约占陆地表面面积的24%。世界上排名前三的冻土大国分别是前苏联、加拿大和中国^[12]。这三个国家冻土面积大，分布范围广。在我国，有43%的国土属于寒冷地区，其中有70%分布着季节性冻土^[13]。在我国30°N以北的地区上，分布着季节性冻土，约占我国国土总面积的53.5% ^[14]，其中冻结深度大于50cm的冻土分布区域占46%，小于50cm的占28%^[15]。冻土与气候之间的作用是相互的，气候的变化会影响冻土的深度和分布范围；而冻土的存在会改变地表属性，从而改变地-气系统的能量交换过程^[16]。季节性冻土的冻融过程对农事活动、建筑业、道路和铁路设计等活动有较大影响，因此准确分析季节性冻土的冻融过程和变化规律，对保护水资源安全、环境安全、防护自然灾害以及指导工程建设有重要意义^[17][18]。

雪深的观测主要依靠气象台站、水文观测站收集获取，通过对站点每日监测数据的收集，可以获得当地的积雪深度。早期的学者从常规地面站的观测站采集积雪资料，然后利用获得的资料分析积雪分布和雪深变化的规律。Dash^[19]分析中高纬度积雪站点的积雪数据，发现大气环流会影响积雪分布，积雪异常与大气环流有着显著的相互关系，它会导致印度夏季风异常；Walker^[20]收集1876~1908年的气象站积雪资料，发现喜马拉雅地区的雪深分布与印度夏季风降水变化趋势呈现负相关；Kpalani 等^[21]、Ye^[22]分析亚欧中高纬雪深分布规律和雪深变化的影响因素；Leathers等^[23]发现美国东北部积雪没有明显的变化趋势，而且时空分布的差异较大。蒋玲梅^[24]分析了中国753座地面气象观测站数据，建立了4种雪深反演模型，并提出了其适用环境；王澄海等^[25]发现我国季节性积雪主要分布在新疆北部、内蒙古地区、青藏高原地区，是3个年际变化幅度最大的地区。万欣等^[26]研究纳木错流域雪深与气温、风俗、辐射等气象因子的关系；杨俊华等^[27]研究发现祁连山地区雪深随海拔增高而增加；孟祥君^[28]研究长白山积雪数据发现，积雪对冻土起保温作用，获得长白山地区雪深的反演方法。但是，因为地面观测站分布不均，导致获取积雪数据不够全面，对积雪的变化研究不准确。于是人们开始考虑用遥感手段检测积雪数据，而卫星遥感技术凭借高效性和便捷性成为了积雪数据新的获取途径。1962年4月美国卫星TIROS（Television and Infra-Red Observation Satellite）首次实现了遥感技术对积雪的监测。紧接着1966年发射第一颗极轨卫星后，美国国家海洋和大气局已开始将遥感技术应用于雪深探测业务产品，通过可见光影像图得到了全球范围的积雪分布和年际变化资料^[29]。根据遥感原理，把卫星遥感技术分为光学遥感和微波遥感或者两者的结合。通过光学遥感技术，可以获得积雪面积、雪粒形态、积雪的分布范围等；利用微波遥感技术，可以得到积雪含水率、积雪深度、雪水当量等资料^[30]。

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