基于遥感信息的青藏高原雪线高度时空分异特征研究

Snowline is the most sensitive indicator for monitoring climatic behavior in cryosphere. The cryosphere and environments of the Tibetan plateau (TP) have been changing rapidly under the warming climate conditions during the past decades. In order to research the regional characteristics, mechanisms and trends of cold-region environmental changes, the study of spatiotemporal differentiations of snowline altitude (SLA) should be carried out attentively. This project takes the SLA over the TP as an object to study, and the main work is as follows. First, the SLA over the TP during 2000 to 2015 will be extracted based on the MODIS fractional snow cover (FSC) products and high spatial resolution remote sensing data. The proposed SLA-extracting methodology includes cloud removal from MODIS FSC data and the determination of the snowline and SLA. Then the spatial differentiation of SLA will be examined using geostatistical methodology in different spatial scales (including regional-scale, meso-scale and small-scale). The correlations of the SLA with meteorological factors (solar radiation, temperature, humidity and precipitation) and terrain factors (slope and aspect) will be determined using correlation analysis, principal component analysis and other methods. And on this basis, a spatial distribution estimation model of SLA will be established based on multivariate regression analysis and spatial interpolation method. Finally, the changes of SLA over the TP and their response to climate change will be analyzed using wavelet analysis and Mann-Kendall method. The results will provide important parameters for spatial distribution simulation of SLA, snow mapping and the application of snow hydrological models, and the scientific basis for the study of responses of eco-environmental degradations to climate warming in the TP.

雪线是冰冻圈中对气候变化最为敏感的指示器。气候变暖条件下，要深入探讨寒区环境变化机制及趋势就需开展雪线高度时空分异特征的研究。为此，本研究以青藏高原为研究区，主要开展以下几个方面的研究工作：1）以 MODIS积雪面积比例产品为主要数据源，结合其它高分辨率遥感资料，发展雪线高度遥感提取方法，建立青藏高原近16 年系列多表达形式的雪线高度数据集；2）基于地统计分析方法分别从区域、中和小尺度上研究雪线高度的空间分异特征，并结合气象数据和地形因子，基于相关分析和主成分分析等方法研究雪线高度空间分异的影响因素；在此基础上，构建雪线高度的空间分布估算模型；3）利用小波分析和Mann-Kendall趋势分析法研究青藏高原雪线高度的变化及其对气候变化的响应。研究结果可为雪线高度的空间分布模拟、积雪制图以及积雪水文模型的应用提供参数支持，并为揭示青藏高原生态环境对气候变化的响应机制提供科学依据。

雪线是冰冻圈中对气候变化最为敏感的指示器。气候变暖条件下，开展雪线高度时空分异特征研究具有重要意义。本研究以青藏高原为研究区，主要开展了以下几个方面的研究工作：1）以 MODIS积雪面积比例（FSC）产品为主要数据源，在对其进行去云处理的基础上，结合其它高分辨率遥感资料、野外观测资料，发展了雪线高度的遥感提取方法，建立了青藏高原近16 年的雪线高度数据集；2）从3级不同尺度研究了青藏高原雪线高度的空间变异特征，并分析了雪线高度空间分异的主要影响因素；在此基础上，探索了基于克里金插值方法的雪线高度的空间分布模拟；3）分析了青藏高原雪线高度的时空变化特征及其与气候变化的关系。得出了以下重要结论：1）发展的MODIS FSC产品的去云方法具有较高的精度，平均绝对误差为0.092，去云后提取的积雪覆盖日数与地面观测值具有较高的一致性（87.03%）；2）发展的基于MODIS积雪产品的雪线高度遥感提取方法，具有较高的应用潜力，能够适用于其它地区雪线高度的遥感监测研究； 3）青藏高原雪线高度在不同尺度上均具有较强的空间自相关性，雪线高度的空间异质性较强，并因受山体效应的影响，雪线高度由高海拔地区向四周呈环形逐渐降低的特点，海拔高度是影响青藏高原雪线高度空间分异的主要因素。4）近16年青藏高原融雪季的雪线高度总体上表现为升高的趋势，特别是融雪末期雪线高度的升高趋势显著。21.7%的监测格网(30km)融雪末期雪线高度呈显著增加，而仅0.9%的格网呈显著下降。显著上升的地区主要分布在喜马拉雅中东部、念青唐古拉山等，其中以东喜马拉雅升高最为显著（8.52 m yr-1）。（5）气温是影响青藏高原雪线高度变化的主要因素，特别是在融雪期，两者具有显著的正相关关系。研究结果可为雪线高度的空间分布模拟、积雪制图以及积雪水文模型的应用提供参数支持，并为揭示青藏高原生态环境对气候变化的响应机制提供科学依据。