王 建

1.中國(guó)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(duì)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(shí)積雪的分布與屬性動(dòng)態(tài)能對(duì)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(guó)重要的淡水資源，在我國(guó)中緯度干旱和半干旱山區(qū)，融雪徑流對(duì)河流的補(bǔ)給量在春季可達(dá)75%[6-7]。但同時(shí)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(guó)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(jì)損失，還可能對(duì)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(guó)積雪水資源評(píng)估、積雪災(zāi)害監(jiān)測(cè)和預(yù)警的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

然而，氣象臺(tái)站積雪觀測(cè)存在參數(shù)不足、觀測(cè)代表性不高、山區(qū)和青藏高原西部站點(diǎn)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(cè)區(qū)域和時(shí)段分散，觀測(cè)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(cè)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(guó)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(píng)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(guó)家科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)“中國(guó)積雪特性及分布調(diào)查”項(xiàng)目于2017年啟動(dòng)，由中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院聯(lián)合原中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所、國(guó)家衛(wèi)星氣象中心、北京師范大學(xué)、南京大學(xué)、中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所等12家單位開展了我國(guó)大范圍、系統(tǒng)性的全國(guó)積雪調(diào)查，全面獲取了中國(guó)積雪特性及分布基本情況，形成了一套觀測(cè)規(guī)范、參數(shù)完整的積雪地面觀測(cè)數(shù)據(jù)及長(zhǎng)時(shí)間序列高精度積雪遙感產(chǎn)品，可望為我國(guó)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(jiǎn)介

“中國(guó)積雪特性及分布調(diào)查”項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱“項(xiàng)目”）的總體思路是建立積雪參數(shù)測(cè)量規(guī)范，基于該規(guī)范在中國(guó)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(diǎn)連續(xù)觀測(cè)、代表性線路調(diào)查、多尺度樣方觀測(cè)的點(diǎn)、線、面組合形式開展積雪特性地面調(diào)查，獲得兩個(gè)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(guó)積雪特性綜合數(shù)據(jù)集；以多平臺(tái)、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(yàn)信息以及樣方驗(yàn)證數(shù)據(jù)，研制長(zhǎng)序列、高精度、多尺度的中國(guó)積雪遙感產(chǎn)品，構(gòu)建中國(guó)積雪時(shí)空分布動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)集；基于積雪特性綜合數(shù)據(jù)集和積雪時(shí)空分布動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)集，編制新的中國(guó)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(shí)現(xiàn)多級(jí)共享，滿足氣候變化研究、水資源評(píng)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(guó)典型積雪區(qū)積雪理化特性地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，摸清了中國(guó)積雪密度的時(shí)空分布及積雪粒徑和形態(tài)信息，以及中國(guó)積雪化學(xué)特性分布；利用站點(diǎn)觀測(cè)、高分辨率遙感等數(shù)據(jù)評(píng)估了現(xiàn)有主要積雪產(chǎn)品的特點(diǎn)與不足，研發(fā)了目前時(shí)間序列最長(zhǎng)、空間范圍覆蓋最廣、精度優(yōu)于同類數(shù)據(jù)的中國(guó)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(guó)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(xiàng)目數(shù)據(jù)集已全部在國(guó)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(duì)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(guó)積雪地面調(diào)查數(shù)據(jù)集（2017-2020）》，詳細(xì)介紹了在中國(guó)三個(gè)典型積雪區(qū)的積雪特性地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，具體包括2017-2020年40個(gè)站點(diǎn)連續(xù)的積雪深度，6個(gè)站點(diǎn)不同時(shí)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(diǎn)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(cè)數(shù)據(jù)；《中國(guó)2000-2020年積雪反照率遙感產(chǎn)品》《中國(guó)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(guó)積雪物候數(shù)據(jù)集》《2000-2020年MODIS中國(guó)積雪物候數(shù)據(jù)集》《北京冬奧會(huì)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(cè)校正的中國(guó)積雪反照率產(chǎn)品，基于多級(jí)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?guó)積雪特性時(shí)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(cè)數(shù)據(jù)集》《基于氣象要素的青藏高原牧區(qū)雪災(zāi)等級(jí)監(jiān)測(cè)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(cè)、農(nóng)田水熱效應(yīng)評(píng)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(shí)施，發(fā)展了自主知識(shí)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(zhǎng)時(shí)間序列、高時(shí)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(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)產(chǎn)品不一致等問題，可更加全面地評(píng)價(jià)我國(guó)積雪時(shí)空分布狀況，為全球氣候變化研究、水資源評(píng)估等工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)積雪災(zāi)害防治、冰雪旅游等具有重要價(jià)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(cè)、評(píng)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(jì)和社會(huì)效益。項(xiàng)目為新疆自治區(qū)氣象臺(tái)（2019）04號(hào)等30期重要?dú)庀笄閳?bào)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(xiǎn)防范能力（2021）的氣象決策提供了服務(wù)材料，對(duì)解決新疆融雪型洪水災(zāi)害變化機(jī)理及歸因、未來風(fēng)險(xiǎn)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(kuò)大和深化中國(guó)積雪調(diào)查數(shù)據(jù)產(chǎn)品的共享和再利用。