台兰河流域积雪覆盖面积变化特征分析

田 龙

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

台兰河流域积雪覆盖面积变化特征分析

田 龙

(新疆水利水电勘测设计研究院，乌鲁木齐 830000)

利用台兰河流域2002—2009年的水文资料以及MODIS数据，分析在全球气候变化下，台兰河流域积雪覆盖面积的变化特征、以及主要影响因素与积雪覆盖面积之间的关系。研究结果表明：每年6—7月份积雪消融量最大，2月份左右积雪覆盖面积达到最大；海拔在3 500 m以下积雪覆盖面积年内变化明显，海拔在4 500 m以上为常年积雪区；在年际变化上积雪覆盖面积没有明显的变化趋势；积雪覆盖面积与月平均气温、月均流量有较好的相关性。

台兰河流域；MODIS数据；气候变化

通过利用MODIS积雪数据，利用遥感技术提取积雪信息，分析研究区近年来(2002—2009年)积雪覆盖面积变化特征，同时结合台兰水文站的水文资料，分析2002—2009年年内月均气温和月降水量与积雪面积的变化特征，为该区域进行融雪径流模拟提供参考。

1 研究区及数据信息

1.1 研究区概况

研究区选择位于新疆阿克苏地区温宿县境内的台兰河流域，地理位置在东经79°46′41″～80°54′16″，北纬41°29′40″～42°09′03″之间，流域总面积5 146 km2，其中山区面积为1 324 km2，平原区的面积为3 822 km2。

研究区位于中纬度地带，属于大陆北温带干旱气候，流域内年平均气温为7.9 ℃；流域受西风环流和北冰洋水汽以及地形抬升的影响，水汽自西向东，自北向南渐减，年平均降水量为63.3 mm，全流域年最大降水量123.4 mm，年最小降水量25.5 mm。流域水面蒸发量山区小于平原区，高山区的水面蒸发量在600 mm左右，中山区在800～1 000 mm，平原区在1 200～1 900 mm；流域多年平均流量为23.36 m3/s，多年平均径流量为7.42亿m3；流域内共发育现代冰川115条，冰川总面积431 km2，其中长度超过10 km的冰川有4条，总面积达到307.7 km2，冰川储量73.132 km3，平均雪线海拔4 290 m[1-3]。

1.2 选用数据

通过利用数字高程模型(DEM)数据、MODIS积雪数据获取流域信息及积雪信息；再结合台兰水文站的水文资料探究积雪面积与水文要素之间存在的关系，所用数据见表1[4]。

表1 所用数据汇总表

1.3 数据处理

将下载的DEM数据(分辨率为90 m×90 m)，通过GIS软件对原始的DEM数据进行填洼、削峰、流向判定以及汇流累积等处理即可得到流域范围，以此作为积雪面积统计的底图[5]。

利用MODIS产品处理软件MRT(MODIS Reprojection Tool)对MODIS数据产品进行处理，即对研究区2002—2009年数据进行镶嵌、地理几何校正与重采样处理。投影体系为通用横轴墨卡托投影(UTM投影)，椭球体系为WGS84体系，投影中心带为45°带，采样方法为邻近法，分辨率统一到500 m[6-7]。

对水文资料进行月平均统计，得到2002—2009年月平均气温、月降水量和月平均流量数据。

2 台兰河流域2002—2009年积雪覆盖面积变化分析

2.1 多年月平均积雪覆盖面积变化特征分析

通过对2002—2009年的积雪覆盖图分析，发现每年的7月或8月的积雪覆盖面积最小，为了方便分析积雪分布特征，故将每年7月1日—翌年6月30日视为1个积雪年，将数据资料分为7个周期年，同时为了研究台兰河流域不同区域的积雪覆盖面积和找出常年积雪区，将研究区按照高程变化分为9带，分带信息见表2。研究区积雪覆盖面积多年月平均变化以及不同高程带积雪覆盖面积多年月平均变化分别见图1、2。

表2 台兰河流域高程分带信息表

图1 研究区积雪面积多年月平均变化过程图

图2 研究区各带积雪面积多年月平均变化过程图

通过图1可知，7—11月为积雪快速增长期，11月—次年2月为积雪缓慢积累期，这时积雪覆盖率达到最大值83.1%；3—6月为积雪快速消融期，积雪覆盖率逐渐减小。

由图2可发现第1～6带各月积雪面积变化非常明显，而第7～9带几乎没有变化，这是由于第7、8、9带的海拔为4 500 m以上，属于常年积雪区；同时积雪覆盖面积还与各高程带的面积有密切关系，这就是为什么第9带多年月平均积雪覆盖面积最低的原因。第1与第2高程带积雪变化情况基本相同，4月—次年10月积雪基本已经完全消融； 10月—次年1月为积雪积累期，积雪覆盖率逐渐增大达到最高值，分别为54.3%和67.9%；每年2—4月为积雪覆盖面积衰减期，积雪覆盖率逐渐减少。第3、4、5高程带积雪变化情况基本相同，7月—次年2月为积雪积累期，积雪覆盖率逐渐增大并达到最高值，分别为69.4%、81.3%和87.8%；每年2—6月为积雪覆盖衰减期。第6带积雪覆盖面积存在一定的波动性，7—10月为积雪积累期，积雪覆盖率增大，10月—次年4月趋于稳定，表现出了常年积雪的特征，最大积雪覆盖率为92.9%；4—6月为积雪覆盖衰减期。第7、8、9高程带为常年积雪区，每年各月的积雪覆盖面积变化不大，积雪覆盖率达到95%以上。

2.2 多年年际积雪覆盖面积变化特征分析

应用研究区2002—2009年月平均积雪覆盖面积资料，将每年的积雪数据按春(3—5月)、夏(6—8月)、秋(9—11月)、冬(12月—次年2月)分为4个时期。全流域积雪面积年际变化情况见图3、4。

图3 研究区季节积雪覆盖面积变化趋势图

图4 研究区各高程带积雪覆盖面积变化趋势图

由图3可知，研究区春季积雪覆盖面积在2002年出现了最低值，而在2003年又出现最高值，从2003—2007年积雪覆盖面积逐年减少，2007—2009年积雪覆盖面积有所增加。夏季积雪面积变化呈现出规律性的阶梯状，在2002—2004年和2005—2008年都有逐年减少的趋势，虽然这期间在2005年和2009年有所增加，但是从整体看来是减少的。秋季积雪面积波动明显，但是变化保持在880 km2左右，不超过均值的15%。冬季在2002—2004年积雪面积呈增长趋势，在2004年达到一个峰值，2005—2007年和2007—2008年具有相同的减少的趋势，在2009年又有所增加。

由图4可知，第1带积雪面积多年趋于稳定，只是在2007年出现了一个低值。第2、3、4、5带具有相同的变化趋势，2002—2003年有所增加，2003—2006年波动减少，在2007年急剧减少，2007—2009年有所增加。第7、8和第9带在2002—2009年积雪面积基本保持一致。第6带在变化明显的2～5带与几乎没有变化的7～9带之间表现出了略微的变化，但是整体趋于稳定。从以上分析可以看出在2002—2009年，研究区的积雪覆盖面积几乎没有什么变化。

3 台兰河流域2002—2009年水文要素与积雪覆盖面积的关系分析

利用统计计算得到2002—2009年各月平均积雪覆盖面积和台兰河水文站月平均气温、月降水量以及月均流量资料，分析得到多年积雪覆盖面积与月平均气温的相关系数为-0.873(见图5)、多年积雪覆盖面积与月均流量的相关系数为-0.794(见图6)、多年月平均气温与月均流量的相关系数为0.818(见图7)。

图5 月均气温与月积雪覆盖面积相关图

通过计算分析可知气温与积雪覆盖面积有着很高的相关性，同时积雪覆盖面积的大小又对流量有着明显影响；在分析降水与积雪覆盖面积相关性的时候，发现相关系数很低，但是普遍认为降雪对积雪面积有促进作用，分析其原因是由于水文站测量降水时不区分降雨和降雪，随着气温的变化，降水的形式也出现相应改变，而只有一定强度的降雪，地面才会有积雪覆盖，因此观测到的降水量是混合了多种形式降水的降水量，同时雨量筒对降雪量的观测误差较大，观测值偏低可达30%，这就给分析降雪与积雪面积之间的关系增加了难度。

图6 月均流量与月积雪覆盖面积相关图

图7 月均流量与月均气温相关图

4 结果与讨论

利用台兰河流域2002—2009年MODIS积雪数据及台兰水文站水文数据进行分析，得到以下结论。

(1) 2002—2009年研究区积雪在时间上分布基本上服从如下规律：每年6—7月份积雪消融量达到最大，积雪覆盖度达到最小，能够消融的积雪已经完全消融，而在每年2月份左右积雪覆盖面积达到最大，积雪覆盖率可达到80%以上。不同的高程带积雪开始消融的时间与开始积雪的时间并不一致，其中海拔在3 500 m以下积雪覆盖面积变化明显，海拔在4 500 m以上为常年积雪区，几乎没有什么变化。在年际上的积雪覆盖面积没有明显的变化趋势，这与近年来全球气候变暖，气温虽然有所升高但同时南疆降水增多有着直接关系。

(2) 研究区2002—2009年积雪覆盖面积与月平均气温的相关系数为-0.873、多年积雪覆盖面积与月均流量的相关系数为-0.794、多年月平均气温与月均流量的相关系数为0.818，然而降水量与积雪覆盖面积却没有明显的相关性，这主要是由于影响降水的因素较多，难以区分降水为降雪还是降雨，同时还与降雪的测量误差过大是分不开的。

[1] 王琴.干旱区地下水库调蓄功能及其模拟分析[D].乌鲁木齐：新疆农业大学，2008.

[2] 杨青,崔彩霞,孙除荣,等.1959-2003年中国天山积雪的变化[J].气候变化研究进展,2007,3(2):80-84.

[3] 徐长春,陈亚宁,李卫红,等.45a来塔里木河流域气温、降水变化及其对积雪面积的影响[J].冰川冻土,2007,29(2):183-189.

[4] 任加锐,唐德善. 新疆地区用水量现状调查及预测分析[J].西北水电，2005，(02)：6-8，16.

[5] 穆振侠,姜卉芳,刘丰.2001-2008年天山西部山区积雪覆盖及NDVI的时空变化特性[J].冰川冻土,2010,32(5)：875-882.

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Analysis on Change Characteristics of Snow-covered Area in Tailan River Catchment

TIAN Long

(Xinjiang Water Resources and Hydropower Investigation Design and Research Institute, Urumqi 830000，China)

By application of the hydrological data on the Tailan River catchment (2002—2009) and MODIS data, the change characteristics of the snow-covered area in Tailan River catchment as well as the relationship between main impact factors and the snow-covered area are analyzed in condition of the global climate change. The study shows that snow thaws largely in June through July each year and the snow-covered area increases at maximum around February. The snow-covered area below EL. 3 500 m changes obviously in a year, and above EL. 4 500 m, it is the area snow covered permanently year round. The snow-covered area is without obvious change between years. The snow-covered area is with close correlation with average monthly temperature and average monthly discharge.

Tailan River catchment; MODIS data; climate change

1006—2610(2015)02—0005—04

2014-09-18

田龙(1988- ),男,陕西省渭南市人,工程师，主要从事水文水资源研究.

P426.635

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.02.002

新疆的主要河流都发源于高山冰川及多年积雪区，积雪对气候变化的响应十分敏感，在全球气候变暖的总体趋势下，掌握积雪的变化情况对新疆地区水资源变化研究尤为重要。