王 建

1.中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，蘭州 730000

一、背景和意義

積雪作為冰凍圈的主要組成部分，對地表能量平衡、水文及大氣循環(huán)等具有顯著影響[1-5]，同時積雪的分布與屬性動態(tài)能對氣候變化迅速做出反應(yīng)，被認(rèn)為是氣候變化的指示器。積雪也是我國重要的淡水資源，在我國中緯度干旱和半干旱山區(qū)，融雪徑流對河流的補給量在春季可達(dá)75%[6-7]。但同時積雪也是重要的致災(zāi)因素，融雪洪水、風(fēng)吹雪、牧區(qū)雪災(zāi)、雪崩是我國主要的積雪災(zāi)害類型，多發(fā)于新疆、內(nèi)蒙古和青藏高原等地，不但引發(fā)重大的經(jīng)濟損失，還可能對人類生命安全造成威脅[8]。積雪面積、深度、反照率、雪粒徑、雪密度、雪化學(xué)等積雪特性及分布參數(shù)是冰凍圈和氣候變化研究以及我國積雪水資源評估、積雪災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)警的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

然而，氣象臺站積雪觀測存在參數(shù)不足、觀測代表性不高、山區(qū)和青藏高原西部站點稀疏的問題；已開展的諸多積雪地面與遙感調(diào)查工作觀測區(qū)域和時段分散，觀測參數(shù)、儀器、方法和頻次差異大，缺乏積雪地面調(diào)查規(guī)范，觀測資料零散且缺少數(shù)據(jù)匯集。此外，由于缺乏系統(tǒng)、全面的積雪特性地面數(shù)據(jù)支持，積雪遙感反演算法精度和適用性不高，我國已有的積雪遙感產(chǎn)品完整性和一致性也較差，難以為全球變化研究、水資源評估、防災(zāi)減災(zāi)等工作提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

基于此，國家科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項“中國積雪特性及分布調(diào)查”項目于2017年啟動，由中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院聯(lián)合原中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所、國家衛(wèi)星氣象中心、北京師范大學(xué)、南京大學(xué)、中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所等12家單位開展了我國大范圍、系統(tǒng)性的全國積雪調(diào)查，全面獲取了中國積雪特性及分布基本情況，形成了一套觀測規(guī)范、參數(shù)完整的積雪地面觀測數(shù)據(jù)及長時間序列高精度積雪遙感產(chǎn)品，可望為我國相關(guān)科學(xué)研究和行業(yè)應(yīng)用提供全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

二、積雪調(diào)查簡介

“中國積雪特性及分布調(diào)查”項目（以下簡稱“項目”）的總體思路是建立積雪參數(shù)測量規(guī)范，基于該規(guī)范在中國典型積雪區(qū)（新疆北部、青藏高原和內(nèi)蒙古-東北地區(qū)），以定點連續(xù)觀測、代表性線路調(diào)查、多尺度樣方觀測的點、線、面組合形式開展積雪特性地面調(diào)查，獲得兩個完整雪季（積累期、穩(wěn)定期、消融區(qū)）的積雪特性數(shù)據(jù)，形成中國積雪特性綜合數(shù)據(jù)集；以多平臺、多譜段、多頻率遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用典型積雪區(qū)的積雪特性綜合數(shù)據(jù)集獲取積雪特性先驗信息以及樣方驗證數(shù)據(jù)，研制長序列、高精度、多尺度的中國積雪遙感產(chǎn)品，構(gòu)建中國積雪時空分布動態(tài)數(shù)據(jù)集；基于積雪特性綜合數(shù)據(jù)集和積雪時空分布動態(tài)數(shù)據(jù)集，編制新的中國積雪類型圖，制作東北典型農(nóng)田區(qū)、青藏高原牧區(qū)、西北典型流域和新疆天山中段系列積雪專題圖集，并實現(xiàn)多級共享，滿足氣候變化研究、水資源評估和防災(zāi)減災(zāi)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)需求。

三、調(diào)查數(shù)據(jù)成果

首次獲取了全面完整的中國典型積雪區(qū)積雪理化特性地面觀測數(shù)據(jù)，摸清了中國積雪密度的時空分布及積雪粒徑和形態(tài)信息，以及中國積雪化學(xué)特性分布；利用站點觀測、高分辨率遙感等數(shù)據(jù)評估了現(xiàn)有主要積雪產(chǎn)品的特點與不足，研發(fā)了目前時間序列最長、空間范圍覆蓋最廣、精度優(yōu)于同類數(shù)據(jù)的中國積雪遙感系列產(chǎn)品；在地面調(diào)查和遙感數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，形成了有中國寒區(qū)特色的積雪類型劃分和積雪水資源及災(zāi)害專題圖。

項目數(shù)據(jù)集已全部在國家冰川凍土沙漠科學(xué)數(shù)據(jù)中心發(fā)布共享。本期專題針對所有積雪地面調(diào)查數(shù)據(jù)、部分積雪遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品及積雪專題應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行介紹，形成數(shù)據(jù)論文11篇。其中，《中國積雪地面調(diào)查數(shù)據(jù)集（2017-2020）》，詳細(xì)介紹了在中國三個典型積雪區(qū)的積雪特性地面觀測數(shù)據(jù)，具體包括2017-2020年40個站點連續(xù)的積雪深度，6個站點不同時期積雪物理（雪深、雪密度、雪粒徑、雪溫度等）和化學(xué)特性（黑碳、陰陽離子、pH值），在具有不同氣候帶、不同下墊面特點的6條線路上不同積雪期的積雪物理化學(xué)數(shù)據(jù)，以及500m和25km的雪深樣方觀測數(shù)據(jù)；《中國2000-2020年積雪反照率遙感產(chǎn)品》《中國東北地區(qū)MODIS積雪季逐日無云NDSI數(shù)據(jù)集（2000-2020）》《1980-2020年AVHRR中國積雪物候數(shù)據(jù)集》《2000-2020年MODIS中國積雪物候數(shù)據(jù)集》《北京冬奧會張家口賽區(qū)未來三十年積雪物候數(shù)據(jù)集》，介紹了部分積雪遙感產(chǎn)品及其衍生數(shù)據(jù)，包括基于漸近輻射傳輸模型與森林積雪觀測校正的中國積雪反照率產(chǎn)品，基于多級決策樹積雪提取算法的衍生產(chǎn)品積雪物候、以及林區(qū)積雪面積提取的關(guān)鍵參數(shù)積雪指數(shù)NDSI等?！吨袊e雪特性時空分布電子地圖集》介紹了基于積雪類型劃分和地面遙感調(diào)查數(shù)據(jù)的積雪特性空間制圖數(shù)據(jù)，包括積雪密度（2017-2020年）、積雪日數(shù)（1980-2020年）、積雪深度/雪水當(dāng)量（1980-2020年）和積雪反照率（2000-2020年）；《2002-2021年青海省積雪日數(shù)遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)集》《基于氣象要素的青藏高原牧區(qū)雪災(zāi)等級監(jiān)測數(shù)據(jù)集》《2017-2020年東北典型農(nóng)田區(qū)積雪水熱效應(yīng)數(shù)據(jù)集》《黑河流域上游2000-2015年積雪水資源數(shù)據(jù)集》，介紹了積雪調(diào)查數(shù)據(jù)在典型地區(qū)的專題應(yīng)用情況，包括牧區(qū)雪災(zāi)監(jiān)測、農(nóng)田水熱效應(yīng)評估以及西北典型流域積雪水資源估算等。

四、數(shù)據(jù)應(yīng)用成效

通過本次積雪調(diào)查的實施，發(fā)展了自主知識產(chǎn)權(quán)的積雪面積、雪水當(dāng)量、積雪反照率產(chǎn)品的反演方法，生成了長時間序列、高時空分辨率的積雪產(chǎn)品數(shù)據(jù)集，解決了積雪參數(shù)反演過程中地形和森林影響、長時間序列數(shù)據(jù)產(chǎn)品不一致等問題，可更加全面地評價我國積雪時空分布狀況，為全球氣候變化研究、水資源評估等工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對積雪災(zāi)害防治、冰雪旅游等具有重要價值和意義。數(shù)據(jù)成果已應(yīng)用于2018-2020年青海省積雪災(zāi)害監(jiān)測、評估、預(yù)警等方面的決策支持，減少災(zāi)害損失近5000萬元，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟和社會效益。項目為新疆自治區(qū)氣象臺（2019）04號等30期重要氣象情報服務(wù)提供了寶貴的災(zāi)區(qū)防控參考，為提升新疆融雪型洪水災(zāi)害風(fēng)險防范能力（2021）的氣象決策提供了服務(wù)材料，對解決新疆融雪型洪水災(zāi)害變化機理及歸因、未來風(fēng)險預(yù)估及其影響等重要問題等方面提出了相關(guān)建議。希望通過刊發(fā)本期專題的系列數(shù)據(jù)論文，進(jìn)一步擴大和深化中國積雪調(diào)查數(shù)據(jù)產(chǎn)品的共享和再利用。