近10 a西藏高原雪线时空变化及其与气象因素关系分析

史建桥，白淑英，高吉喜，顾海敏

（1.南京信息工程大学遥感学院，江苏南京 210044；2.94783部队61分队，浙江长兴 313111；3.中国环境保护部南京环境科学研究所，江苏南京 210042；4.涪陵区气象局，重庆涪陵 408000）

近10 a西藏高原雪线时空变化及其与气象因素关系分析

史建桥1，2，白淑英1，3，高吉喜3，顾海敏4

（1.南京信息工程大学遥感学院，江苏南京 210044；2.94783部队61分队，浙江长兴 313111；3.中国环境保护部南京环境科学研究所，江苏南京 210042；4.涪陵区气象局，重庆涪陵 408000）

利用2000年3月—2011年2月西藏地区的MODIS雪盖产品数据、DEM数据以及地面气象观测数据，结合GIS空间分析方法，分析了西藏地区不同自然区划地带下雪线的时空变化特征及其与气象因素的关系。研究表明：西藏及各区域年平均雪线波动变化比较平稳，全区年平均雪线为4 848.6 m，呈微弱上升趋势，线性倾向率为6.54 m/10 a；各季节平均雪线中，秋季雪线的变化对年平均贡献最大，二者相关系数达0.796。冬季雪线呈下降趋势（相关系数为-0.625），其余三季则均表现为上升趋势，但均不显著；除东喜马拉雅南翼山地雪线逐月变化波动明显外（标准差为60.3 m），其余均表现为平缓波动形势；西藏地区的雪线空间分布基本上表现为由东南向西北方向逐步升高的态势，其中东南部和西北部雪线分布密集且复杂。中部雪线则相对较稀疏，其高、低值区分别与山脉和河谷分布相对应；整体上，西藏雪线与气温正相关，与降水量负相关，但是各区域四季雪线与气温、降水量之间又存在差异。雪线是积雪各要素特征变化最为敏感的指示器，研究西藏高原雪线的时空分布特征及其与气象因素之间的关系，对了解西藏高原乃至整个青藏高原的气候变化具有重要意义。

西藏高原；雪线；气象因素；时空特征

季节性积雪是冰冻圈的主要存在形式之一，全球98%的季节性积雪位于北半球[1]。分布面积广大，且主要分布在高海拔、高寒、人迹罕至的地区，而这些地方只有稀疏的气象台站分布，这就为研究积雪的时空分布及变化情况带来了困难。而遥感技术[2，3]以其宏观、快速、周期性、多尺度、多层次、多谱段、多时相等优势在积雪动态监测中发挥着重要作用，弥补了常规观测资料水平分辨率较低以及投入较大等不足[4]。

雪线是常年积雪的下界、季节性积雪的上界[5]，是刻画积雪覆盖区域空间分布特征的常用指标，对气候变化最为敏感[6]。张杰等[7]利用1997—2004年5—8月NOAA-AVHRR和EOS-MODIS卫星资料，分析了河西祁连山区积雪面积和雪线高度变化。蒋复初等[8]根据106个气象站积雪资料绘制全国雪线高程等值线，列出了中国现代雪线的空间分布。青藏高原生态环境对全球气候的影响占有重要的位置，一旦破坏不可逆转。最近几十年，诸如冰川退缩、冻土消融、土地荒漠化和草场退化等环境问题严重地影响着当地的生态安全和经济发展[9]。

雪线是一种气候标志线，是指各个月份积雪，盖度盖分布最低海拔，夏季7、8月雪线能够代表通常意义的雪线，其空间分布实质上是水热条件纬度地带性变化的反映[10]。温度、降水的变化与雪线的变化密切相关，温度增加使雪线上升、积雪面积减少，而降水的增加又抑制了这种变化[5]。季节变化会引起雪线的升降，这种雪线称之为季节性雪线。本研究利用MODIS雪盖产品，采用边缘检测方法提取雪盖外边缘像元，并与DEM叠加分析得到西藏高原各月雪线。结合气象观测数据，通过GIS空间分析和统计分析方法，系统分析西藏高原雪线的时空变化规律及其与气象因素的关系，本研究不仅能够反映雪线的时空变化特征及其影响因素，而且能够揭示积雪盖度海拔的月尺度变化过程及变化规律，对于揭示西藏地区气候变化对雪线的影响以及开展融雪径流模拟等具有重要意义。

1 研究区概况

西藏自治区简称“藏”，首府拉萨。位于青藏高原西南部，地处26°50′～36°53′N，78°25′～99°06′E之间，全区面积1.20223×106km2，约占我国陆地面积的1/8。国境线长约3 842 km，南北最宽900多km，东西最长达2 000多km。平均海拔在4 000 m以上，所处的青藏高原被称为“世界屋脊”。由于地形、地貌和大气环流的影响，西藏的气候独特而且复杂多样。气候总体上具有西北严寒干燥，东南温暖湿润的特点。气候类型也因此自东南向西北依次有热带、亚热带、高原温带、高原亚寒带，高原寒带等各种类型。在藏东南和喜马拉雅山南坡高山峡谷地区，由于地势迭次升高，气温逐渐下降，气候发生从热带或亚热带气候到温带、寒温带和寒带气候的垂直变化。往往能看到“一山见四季”、“十里不同天”的自然奇观。地貌大致可分为喜马拉雅山区，藏南谷地，藏北高原和藏东高山峡谷区。西藏由于海拔太高，冬季气温寒冷多积雪，海拔高到一定程度就会越过“雪线”，这里终年温度在0℃以下，积雪不化，除非气候急剧发生变化。

2 资料与处理

雪盖数据为2000年3月—2011年2月MODIS 8 d合成雪盖产品10A2数据，分辨率为500 m。DEM数据是由CGIAR ICT-ICT发布（网址：http://srtm. csi.cgiar.org）的SRTM3数据，空间分辨率为90 m。气象数据为中国气象科学数据共享服务网下载的“中国地面气候资料月值数据集”，选取2000—2011年西藏地区38个气象站点的气温、降水、风速和日照时数的月数据；38个气象站点的位置分布见图1。

本研究的时间尺度为月尺度，需要将MODIS的8 d合成雪盖产品10A2数据转换为月合成数据。首先将8 d合成值扩展到全年365/366 d，然后以月为周期计算每月的平均值作为合成值，进而得到月平均和年平均雪盖数据，最后从雪盖数据中提取得到有雪覆盖区域，再利用边缘检测方法提取出雪盖外边缘像元，在Arcgis软件下基于高程与雪盖边缘数据进行叠加分析获得雪线数据。

3 结果分析

3.1 雪线的时间变化特征

3.1.1年际变化

由图2可以看出，近10 a来，西藏各区域年平均雪线波动变化比较平稳，其标准差在16.1～60.3 m。西藏全区年平均雪线为4 848.6 m，呈微弱上升趋势，线性倾向率为6.54 m/10 a。果洛那曲高寒灌丛草甸地带（以下简称：果洛那曲高寒地区）、川西藏东山地针叶林地带（以下简称：川西藏东山地）和藏南山地灌丛草原地带（以下简称：藏南山地）的年平均雪线表现为上升趋势，而东喜马拉雅南翼山地常绿阔叶林地带（以下简称：东喜马拉雅南翼山地）、阿里山地半荒漠、荒漠地带（以下简称：阿里山地）、昆仑高寒荒漠地带和羌塘高寒草原地带则呈现下降趋势，均未通过0.05显著性检验。

2001—2010年西藏各区域年平均雪线差异明显（表1）。阿里山地年平均雪线高度为5 248.8 m，为全区最高，而东喜马拉雅南翼山地年平均雪线高度为3 115.5 m，为全区最低；西藏全区、羌塘高寒草原地带、昆仑高寒荒漠地带和川西藏东山地，雪线在2003年达到最高值；而果洛那曲高寒地区和藏南山地，在2010年雪线达到最高值；东喜马拉雅南翼山地、阿里山地雪线最高值分别出现在2001年和2004年。此外，东喜马拉雅南翼山地雪线年际波动变化最大，标准差达到60.3 m；其次是阿里山地和果洛那曲高寒地区。从各区域年平均雪线分布来看，西藏雪线分布具有鲜明的区域特征，基本上呈现出从东南向西北逐步升高的态势。

3.1.2 四季变化

从2000年3月—2011年2月四季雪线分布情况看（表2），西藏各区域雪线在夏季最高，最高值出现在阿里山地；而各区域季节最低雪线则各有不同，川西藏东山地和东喜马拉雅南翼山地雪线最低值均出现在冬季，果洛那曲高寒地区为秋季，而其余地区为春季。西藏各季节雪线中，秋季雪线的变化对年雪线贡献最大，二者相关系数达0.796，其次是春季和冬季。

近10 a来，西藏整体四季雪线除冬季呈下降趋势外，其余三季均表现为上升趋势，但变化趋势都不显著；区域间存在明显差异，春季，川西藏东山地雪线呈显著上升趋势，藏南山地上升趋势明显，而东喜马拉雅南翼山地则呈明显下降趋势；夏季，藏南山地雪线上升趋势显著，其次是羌塘、昆仑等高寒草原地带，果洛那曲高寒地区下降趋势相对明显；秋季，除果洛那曲高寒地区雪线呈微弱上升趋势外，其余各区域均表现为不显著的下降趋势，其中东喜马拉雅南翼山地雪线下降最明显，其次是阿里山地；冬季，果洛那曲高寒地带雪线上升明显，其次是藏南山地，而东喜马拉雅南翼山地则相对下降较快，其余地区雪线波动变化较平稳，上升（下降）速率小于10.0 m/ 10 a。

3.1.3 月际变化

西藏各区域月雪线变化基本上呈“单峰型”走势（图3），其中西藏东部和南部（川西藏东山地和藏南山地）雪线在6月最高，3月最低；中西部（果洛那曲高寒地区、羌塘高寒草原地带和阿里山地）雪线在7月最高，而最低雪线出现的月各有不同，分别出现在11月、3月和4月；东喜马拉雅南翼山地雪线在5月达到最高值，1月达到最低值，昆仑高寒地带雪线在8月最高，5月最低。总体上，最高雪线出现在6、7月，而最低雪线出现在3、4月。从各区域雪线年内变化幅度看，除东喜马拉雅南翼山地雪线逐月变化波动明显外，其余均表现为平缓波动形势。

3.2 雪线的空间变化特征

从图4可知，西藏地区雪线分布的地域差异较大，具有鲜明的区域特征，属于从高原中部向四周辐射，并呈同心圆状分布的“中央类型”[8]，基本上呈现出从东南向西北逐步升高的态势；而且西藏东南和西北部雪线分布密集且复杂，而中部雪线则相对较稀疏，其高、低值区分别与山脉、河谷分布相对应。其中东喜马拉雅南翼山地气候温暖湿润，迎向来自印度洋的湿润气流，降水丰富，雪线主要分布在1 000～ 4 000 m；川西藏东山地以高山峡谷为主体，分布有念青唐古拉山、横断山脉和大雪山等高大山脉，高山之间夹持着怒江、澜沧江、金沙江及大渡河等大江大河，雪线基本在3 000～4 000 m，也有些地方大于5 000 m；藏南山地由于中喜马拉雅山脉雪峰林立，地形影响明显，成为南来水汽的巨大屏障，高峰附近的雪线可以达到5 900 m左右，有些甚至在7 000 m以上；高原中东部的果洛那曲高寒地区雪线高度在4 000 m以上，由于唐古拉山、巴颜喀拉山等山脉的存在，雪线可达5 000 m以上；羌塘高寒草原地带南起冈底斯山—念青唐古拉山，北至喀喇昆仑山—可可西里山，地势为南北高中间低，山脉断续分布，雪线基本维持在5 000～6000 m；羌塘高原向西和向北雪线逐步降低，西部阿里山地和北部昆仑高寒地带高山、盆地与宽谷相间，雪线在5 000 m左右。

西藏主要的水汽来源是南部的印度洋和孟加拉湾，东喜马拉雅南翼山地、藏南山地和川西藏东山地则受到西南季风的影响，降水丰富，雪线高度偏低；受喜马拉雅等高山阻挡，高原内部季风影响减小，降水少，雪线高度偏高。西藏地区雪线的这种分布形式与全球一般的主要受温度影响的纬度地带性相反，表明降水在雪线高度分布中占有优势地位，远远超过温度的影响，致使雪线分布的总趋势表现为反向纬度地带性和经度地带性规律。

从西藏四季雪线分布情况看，冬季：雪线分布较密集和复杂，东喜马拉雅南翼山地、藏南山地和羌塘高寒草原地带平均雪线较低，其中东喜马拉雅南翼山地有大面积的雪线低值区（1 000～3 000 m），在羌塘高原西南部边缘、藏南山地南部边缘和东喜马拉雅南翼山地东部平均雪线较高，有些地区甚至达到8 000 m以上；春季：果洛那曲高寒地区、昆仑高寒地区、阿里和川西藏东山地平均雪线较冬季反而有所下降，东喜马拉雅南翼山地西部的雪线低值区消失，并且山地东部平均雪线从3 000～4000 m下降到了3 000 m以下；夏季；随着气温大幅升高，平均雪线均上升，而且各区域出现大面积雪线消失，绝大部分地区平均雪线在4 000 m以上，特别是羌塘高原南部边缘，其平均雪线高度在5 000 m以上；秋季：气温逐渐回落，各区域平均雪线逐渐降低。

另外，西藏各区域雪线空间分布及四季变化，也从侧面反映出西藏积雪的分布和四季变化特点，包括常年积雪（冰川等），季节性积雪等。

3.3 雪线与气象因素相关分析

3.3.1 雪线与气温的关系

对西藏各区域年际和四季平均雪线与平均气温的关系分析表明（表3），两者基本表现为正相关关系。分地区和分季节统计分析显示：春季，在藏南、阿里和川西藏东山地及果洛那曲高寒地区，雪线与气温呈显著正相关关系，均通过0.05显著性检验；夏季雪线与气温的关系比较复杂，除藏南和阿里山地雪线与气温呈正相关外，其余区域均表现为负相关关系。其中，在果洛那曲高寒地区，两者关系为显著负相关；秋季，除东喜马拉雅南翼山地外，雪线与气温的正相关程度都较高，特别是在藏南山地和果洛那曲高寒地带，雪线与气温呈显著正相关关系；冬季，除东喜马拉雅南翼山地雪线高度与气温呈显著正相关关系外，其他区域均不显著。

3.3.2 雪线与降水量（降雪量）的关系

西藏各区雪线与降水量（降雪量）关系高度密切，基本表现为负相关关系（表4）。春季，各区域雪线与降水量基本呈负相关关系，羌塘高寒草原地带雪线与降水量呈显著负相关关系；夏季，两者关系复杂，区域差异明显，除藏南和阿里山地雪线与降水量表现为显著负相关关系外，其余区域均表现为正相关性。其中果洛那曲高寒地区和羌塘高寒地带，两者呈显著正相关关系；秋季，在西藏东部和南部雪线与降水量呈正相关，其余区域则表现为负相关关系；冬季，除东喜马拉雅南翼山地雪线与降水量呈正相关关系外，其他地区均表现为负相关关系，只有果洛那曲高寒地带为显著负相关。

综合分析雪线与气温、降水量的关系，可知西藏雪线与气温呈正相关关系，与降水量则呈负相关关系，但是各区域四季雪线与气温、降水量之间的关系又存在差异。春季，羌塘高寒地带和东喜马拉雅南翼山地雪线分布对降水量更加敏感，其余区域气温的贡献相对较大；夏季，除藏南和阿里山地外，其余区域降水量与雪线的正相关程度较高；秋季各区域雪线高度主要受气温的影响；冬季，东喜马拉雅南翼山地和阿里山地雪线受气温变化的影响较大，其余区域则是降水量贡献较大。

4 讨论

西藏地区雪线从东南向西北逐步升高的分布态势，与前人对全球[12]、中国[13，14]及西藏[15]和藏南[16]研究结果基本一致。雪线的分布高度与气温基本呈正相关，且与降水量基本呈负相关，但是西藏各自然区划地带之间却存在明显差异，特别是夏季，中东部地区雪线与气温呈负相关，与降水量呈正相关，规律截然相反，原因可能是研究时间和空间尺度、数据源、数据处理等不同，导致雪线气候归因分析的差异。

西藏地域广、地形复杂，各地所处纬度、海拔高度差异大，雪线所表现出的时间和空间特性也有很大的差异，主要决定于气候和地形地貌因素的综合作用。本文未考虑实际地形地貌因素的影响，如坡向、坡度等因素，对雪盖、雪线分布有很大影响[17-19]。正常情况下，陡峻的山地，雪线偏高；坡度较小的山地，雪线偏低；阳坡雪线偏高，阴坡则相反；加之台站观测在空间上的不足，因此，多源数据（台站、遥感数据、再分析产品）融合、高分辨率数据应用（DEM等）和数据空间栅格化方法等方面的研究需进一步研究和改进。

5 结论

本文利用2000—2011年MODIS的8 d合成10A2雪盖产品、DEM数据和西藏地区38个气象站气温、降水数据，分析了西藏高原不同自然区划地带雪线的时空分布规律和影响因素，主要结论如下：

（1）近10 a来，西藏及各区域年平均雪线波动变化比较平稳，但区域间差异较大。西藏全区年平均雪线为4 848.6 m，呈微弱上升趋势，但上升趋势不显著。

（2）西藏各季节平均雪线中，秋季雪线的变化对年平均贡献最大，其次是春季和冬季。冬季雪线呈下降趋势，其余三季则均表现为上升趋势，但变化趋势均不显著。另外，除东喜马拉雅南翼山地雪线逐月变化波动明显外（标准差为60.3 m），其余均表现为平缓波动形势。

（3）西藏高原雪线分布的地域差异较大，具有鲜明的区域特征。表现为从高原中部向四周辐射，并呈同心圆状分布的“中央类型”，基本上是从东南向西北逐步升高的态势。东南和西北部雪线分布密集、复杂，而中部则相对较稀疏，其高、低值区分别与山脉、河谷分布相对应。

（4）总体上，西藏雪线与气温呈正相关关系，与降水量则呈负相关关系，但各区域之间又存在差异。春季，羌塘高寒地带和东喜马拉雅南翼山地雪线分布对降水量更加敏感，其余区域则气温的贡献相对较大；夏季，除藏南和阿里山地外，其余区域降水量与雪线的正相关程度较高；秋季各区域雪线主要受气温的影响；冬季，东喜马拉雅南翼山地和阿里山地雪线受气温变化的影响较大，其余区域则是降水量贡献较大。

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Spatial and Temporal Variation of Snow Line and Its Relationships with Meteorological Factors in Tibet Plateau in Recent 10 Years

SHI Jianqiao1，2，BAI Shuying1，3，GAO Jixi3，GU Haimin4
（1.College of Remote Sensing,Nanjing University of Information Science&Technology,Nanjing 210044，China；2.Unit 61，No.94783 of PLA，Zhejiang Changxing 313111，China；3.Environmental Protection Department of Nanjing Institute of Environmental Science,Nanjing 210042，China；4.Jiashan Meteorological Office，Jiaxing 314100，China）

Using MODIS snow cover data from March 2000 to February 2011,DEM and climate data from surface meteorological stations in Tibet Plateau,the spatial and temporal variations of snow line over the different natural divisions in Tibet Plateau and its relationships with meteorological factors were analyzed with the spatial and statistics analysis function of GIS.The results indicated that snow line over Tibet and all different natural divisions in recent 10 years showed a stable and slight upward trend,but the trend was not significant,increasing rate reached 6.45 m/10 a，and regional annual average snow line was 4 848.6 m.Among the four seasons, autumn mean snow line contributed the most to the annual one with the correlation coefficient between them reached to 0.796.Snow line which declined with the correlation coefficient for-0.625 in winter,was characterized by rising trend in the other three seasons,but all trends were not significant.The monthly changes of snow line of montane evergreen broad-leaved forest in south side of eastern Himalayas fluctuated obviously with standard deviation reaching 60.3 m,in the rest of natural divisions in Tibet Plateau they were characterized by gentle fluctuation situation.The snow line over Tibet Plateau escalated from the southeast to the northwest,while the distribution of snow line was dense and complicated in the southeast and northwest of Tibet,furthermore,high and low value areas respectively corresponded to mountains and valleys.Overall,snow line was positively correlated with temperature while negatively correlated with precipitation in Tibet Plateau, however,there were differences in the relationships between snow line and climate factors（temperature and precipitation）over the different natural divisions in four seasons.

Tibet Plateau；snow line；meteorological factors；spatial and temporal characteristics

P468.0+25

A

1002-0799（2015）03-0007-07

史建桥，白淑英，高吉喜，等.近10 a西藏高原雪线时空变化及其与气象因素关系分析[J].沙漠与绿洲气象，2015，9（3）：7-13.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.03. 002

2014-06-04；

2014-08-08

环保部公益性行业科研专项项目（201209029-1）。

史建桥（1986-），男，硕士研究生，主要研究方向为3S集成与气象应用。E-mail：shijianqiao@163.com

白淑英(1973-)，女，副教授，研究方向为遥感与GIS在资源环境中的应用。E-mail：baishu-ying@163.com