基于MODIS雪覆盖分数产品的青藏高原雪盖时空变化：2000–2023年

《Journal of Hydro-environment Research》：Spatiotemporal variation of snow cover over the Tibetan Plateau based on the MODIS fractional snow cover product: 2000–2023

青藏高原雪覆盖动态及其气候驱动机制研究基于2000-2023年MODIS每日FSC数据，结合Mann-Kendall检验和Theil-Sen估计，揭示雪覆盖面积和比例以-8271±1948 km2/十年和-0.71±0.44%/十年的速率持续减少，西风带主导区由升温驱动，季风区则因降水减少主导。5000-6000米高程带因0℃以上日数增加（r=-0.74）和强反照率反馈（r=0.83）对气候变化敏感。

　　本研究聚焦于青藏高原（Tibetan Plateau, TP）的积雪变化，深入探讨其在不同大气环流系统下的时空演变特征及其对气候的响应。青藏高原作为全球最大的非极地积雪区之一，其积雪覆盖在调节地表能量平衡、大气环流和水文过程方面具有重要作用。近年来，全球持续变暖以及西风带和印度季风的变化，使得青藏高原的水循环出现了显著失衡现象。在此背景下，积雪的变化成为影响高原水资源分布和下游生态安全的关键因素之一。然而，目前大多数研究主要依赖于二元积雪产品，这种简化的方法无法准确反映积雪的动态变化，也难以揭示不同环流系统下积雪长期时空演变及其驱动机制。因此，本研究采用高分辨率的MODIS日尺度分形积雪覆盖（Fractional Snow Cover, FSC）数据，结合Mann–Kendall趋势检验和Theil–Sen估计方法，系统地分析了青藏高原及其不同环流区域的积雪变化趋势与气候响应。

研究结果表明，青藏高原的积雪覆盖呈现出普遍下降的趋势，FSC的年均减少速率为?0.71?±?0.44?%每十年，积雪覆盖面积（Snow Cover Area, SCA）则以每年?8271?±?1948?km2的速度减少。值得注意的是，虽然西风带区域和季风区域都表现出积雪减少的趋势，但其驱动机制存在明显差异：西风带区域的积雪变化主要受温度影响，而季风区域则更多地受到降水减少的制约。此外，积雪物候分析进一步揭示了高原积雪的显著变化，超过64?%的区域表现出稳定积雪期的明显缩短，尤其是在海拔5000–6000米的地带，这种变化尤为显著。该地带对温度升高表现出高度敏感性，其温度超过0?°C的天数增加（r?=??0.74），同时雪-反照率反馈（r?=?0.83）也对积雪变化起到了重要作用。

本研究的发现强调了积雪对不同大气环流系统和海拔带的响应存在空间异质性。这种异质性不仅影响积雪的分布和持续时间，也对高原水循环和下游水资源供应带来了不确定性。因此，理解积雪变化的时空特征，对于评估气候反馈机制以及支持亚洲上游地区的可持续水资源管理至关重要。研究采用MODIS的每日云隙填补的FSC数据，能够更准确地反映积雪的动态变化，相较于传统的二元积雪覆盖产品，FSC数据可以捕捉到积雪变化的强度和持续性，尤其是在地形复杂和高海拔区域。这一方法的引入有助于弥补传统数据在描述积雪变化时的局限性，从而为水文模型和水资源预测提供更可靠的定量依据。

青藏高原的积雪变化受到多种因素的共同影响，包括温度、降水、地形以及大气环流系统的相互作用。研究指出，不同环流区域的积雪变化具有不同的驱动机制，例如，西风带区域的积雪减少主要归因于气温上升，而季风区域的积雪变化则与降水减少密切相关。这种差异反映了大气环流系统对高原积雪变化的复杂调控作用。此外，研究还强调了积雪物候与海拔之间的关系，特别是在高海拔地区，积雪的持续时间和季节性变化对气候变化表现出更强的敏感性。这表明，积雪的变化不仅与气候变量有关，还受到地形和能量平衡等因素的影响，从而形成了复杂的反馈机制。

在研究方法上，本研究采用MODIS FSC数据作为主要数据源，结合统计分析方法，对青藏高原积雪的时空变化进行了系统性研究。MODIS光学数据相较于传统的被动微波传感器，具有更高的空间分辨率和更精确的积雪覆盖监测能力，这使得研究能够更细致地捕捉积雪的变化特征。此外，研究引入了两个关键参数——反照率和温度超过0?°C的天数，用于分析积雪变化的驱动机制。这些参数不仅能够反映积雪的能量平衡过程，还能够揭示温度变化对积雪持续时间的影响。通过结合这些参数，研究能够更全面地理解积雪变化与气候因素之间的相互作用，从而为水文模型和水资源管理提供更加科学的依据。

研究还指出，积雪变化的驱动机制在不同环流区域中存在显著差异。例如，在西风带主导的区域，积雪的变化主要由温度驱动，而季风主导的区域则更多地受到降水减少的影响。这种差异不仅体现在积雪覆盖的减少趋势上，还影响到积雪的物候特征，如积雪开始和结束的时间以及持续期的变化。研究进一步分析了这些变化在不同海拔带中的表现，发现高海拔地区的积雪变化更为显著，尤其是在海拔5000–6000米的地带，积雪期的缩短趋势尤为明显。这表明，积雪的变化不仅受到大尺度气候因素的影响，还与局部地形条件密切相关。

研究结果还揭示了青藏高原积雪变化的区域差异。例如，在西部喜马拉雅山脉–喀喇昆仑地区，积雪覆盖呈现出持续下降的趋势，而在东部喜马拉雅山脉和整个高原地区，积雪覆盖则表现出一定的增加趋势。这种明显的西东差异反映了大气环流系统对高原积雪变化的调控作用。此外，研究还指出，积雪的变化与水循环失衡密切相关，这可能进一步加剧高原地区的水资源紧张状况，并对下游地区的生态安全和水资源供应产生深远影响。因此，准确评估积雪变化的驱动机制和区域差异，对于制定有效的水资源管理策略具有重要意义。

在研究过程中，研究团队采用了多种分析方法，以确保研究结果的可靠性和全面性。首先，通过MODIS FSC数据提取积雪物候和积雪覆盖面积等关键指标，然后利用Mann–Kendall趋势检验和Theil–Sen估计方法，对这些指标的时空变化进行了系统分析。这些方法能够有效识别积雪变化的趋势和空间异质性，同时减少数据不确定性对结果的影响。此外，研究还结合了气候和能量变量，如温度和降水，以探讨积雪变化的驱动机制。这种方法不仅能够揭示积雪变化的主要因素，还能够进一步分析这些因素在不同环流区域和海拔带中的作用。

研究还指出，当前关于积雪变化的研究仍存在一定的局限性。一方面，大多数研究依赖于二元积雪覆盖产品，这种方法虽然便于大规模估算，但可能忽略积雪在春季和秋季过渡期的空间异质性，从而导致趋势估计的偏差。另一方面，现有的研究往往未能充分识别不同大气环流系统下积雪变化的主要驱动机制，这限制了我们对积雪空间异质性的深入理解。因此，本研究通过引入FSC数据和更全面的分析方法，弥补了这些不足，为积雪变化研究提供了新的视角和更精确的定量支持。

此外，研究还关注了积雪变化对高原水文循环的影响。积雪作为高寒地区水循环的重要组成部分，其变化直接影响到冰川融水、河流径流以及地下水补给等过程。随着积雪覆盖的减少和物候的提前，高原地区的水资源供应可能面临更大的不确定性。这种变化不仅会影响当地的生态系统，还可能对下游地区的农业灌溉、饮用水供应以及生态环境保护产生深远影响。因此，深入研究积雪变化的驱动机制和区域差异，对于制定应对气候变化的水资源管理策略具有重要的现实意义。

本研究的成果为理解青藏高原积雪变化提供了新的科学依据，同时也为相关领域的研究和应用提供了重要的参考。通过系统分析积雪的时空变化特征及其与气候因素的关系，研究不仅揭示了积雪变化的主要驱动机制，还为水文模型的改进和水资源预测提供了更精确的数据支持。这些成果有助于更好地评估气候变化对高原水资源的影响，并为制定科学合理的水资源管理方案提供理论基础。此外，研究还强调了大气环流系统在调控积雪变化中的关键作用，这对于进一步研究高原水循环的复杂性以及全球气候变化对区域水资源的影响具有重要的指导意义。

总之，本研究通过高分辨率的MODIS FSC数据和系统性的分析方法，揭示了青藏高原积雪变化的复杂性及其对气候的响应。研究结果表明，积雪的变化受到多种因素的共同影响，包括温度、降水、地形和大气环流系统的相互作用。这种变化不仅表现出显著的区域差异，还与海拔高度密切相关。因此，理解积雪变化的驱动机制和区域差异，对于评估气候变化对高原水循环的影响、支持可持续水资源管理以及维护下游地区的生态安全具有重要意义。未来的研究可以进一步结合其他遥感数据和地面观测，以提高积雪变化分析的精度，并探索更广泛的气候和环境因素对积雪变化的影响。