在欧亚大陆，山区的积雪为当地的生产生活提供了赖以生存的水资源，也在生态系统和水文循环中表现出了至关重要的作用。积雪覆盖率（SCF）是气候变化的敏感指标之一，在全球变暖背景下，SCF表现出了对气候的强烈响应。然而，由于地势陡峭，山区的地面观测站点数量稀少、实测数据稀缺，山区SCF在不同地形条件和时间尺度上对气候变化的响应尚不清楚。南京大学高分辨率遥感实验室以新疆阿尔泰山为研究区，利用2002–2020年的MODIS积雪覆盖产品，分析了SCF在不同时空尺度下的分布情况及变化趋势，以及SCF与温度、降水的相关性，从遥感角度探索了SCF对气候的响应。
本文的研究区为新疆阿尔泰山，北至新疆北部的国界线，南至额尔齐斯河干流，与中亚四国接壤（图1）。研究区深居欧亚大陆腹地，干旱少雨，高山地区的融雪水是当地及下游的重要水资源，在全球水文气象系统中至关重要。在全球气候变化的背景下，了解其积雪覆盖率的时空变化及其对气候的响应具有重要意义。
图1 研究区示意图
首先，为分析积雪覆盖率的时空变化，基于MOD10A1和MYD10A1每日积雪产品，采用8天合成算法得到了去云积雪覆盖数据。为了解该数据的质量，利用从更高分辨率的Landsat OLI图像提取得到的积雪覆盖数据对该数据进行了精度检验。结果显示，通过8天合成去云，积雪覆盖数据在积雪期的云量大幅下降（图2），召回率和总体精度达到了95%和79%。因此，该数据的质量能满足对SCF的分析研究。
图2 积雪覆盖数据去云前后的云量变化图
接着，将研究区在不同时空尺度上进行子区域划分，以更细致地分析SCF变化：空间上，根据地形划分为四个海拔带、三个坡度带和四个坡向带，根据水文条件划分为四个流域；时间上，根据积雪年内变化规律划分为积雪期（包括积累期、稳定期、消融期）和无雪期。
最后，利用去云积雪覆盖数据，对SCF的空间分布、变化趋势及其对气候的响应进行了分析。结果表明：(1) SCF分布呈现出较大的时空异质性。积雪期的SCF显示出0.09%/a的增长趋势，在积累期和消融期分别呈现出增加（0.5%/a）和减少（-0.2%/a）的趋势 (图3)。(2) 海拔是影响SCF分布的主导因素。积雪期SCF与海拔之间存在显著的正相关 (图4)。低海拔区的SCF呈下降趋势，而高海拔区呈显著上升趋势。坡度坡向对SCF的影响也是基于海拔高度产生的。(3) 积雪期的SCF受到温度和降水二者的显著影响。在积累期和消融期，温度显著影响着SCF的变化。而降水仅对积累期的SCF有显著影响。
图3 积雪覆盖率的年内 (a) 和年际变化图 (b)，年际变化包括积雪期 (SCP)、积累期 (SAP)、稳定期 (SSP)、消融期 (SMP) 和无雪期 (SFP) 的变化
图4 积雪覆盖率在积雪期的不同海拔的均值、最大值和最小值
图5 各像元积雪覆盖天数比例及其变化趋势
图6 积雪覆盖率在四个子流域的年内 (a) 和年际 (b) 变化图，包括哈巴河流域 (HRW)、布尔津河流域 (BRW)、克兰河流域 (CRW) 和喀拉额尔齐斯河流域 (KRW)
该研究成果近日以“How do snow cover fraction change and respond to climate in Altai Mountains of China?”为题发表于International Journal of Climatology。论文第一作者为南京大学地理与海洋科学学院硕士生秦棽，通讯作者为肖鹏峰教授，合作作者为张学良副教授。该研究得到国家科技基础资源调查专项 (2017FY100502) 和国家自然科学基金 (42171307) 资助。
Qin, S., Xiao, P., & Zhang, X. (2022). How do snow cover fraction change and respond to climate in Altai Mountains of China? International Journal of Climatology, 1–15. https://doi.org/10.1002/joc.7640
