东北寒区积雪特性参数解析与模型构建研究.docxVIP

东北寒区积雪特性参数解析与模型构建研究

一、引言

1.1研究背景与意义

东北地区作为我国重要的农业和能源生产基地，冬季时常出现大规模的积雪，近年来还频繁发生大规模暴雪天气，这种极端天气现象对当地居民以及相关行业产生了重大影响。东北寒区积雪不仅是该区域冬季景观的显著特征，更是气候、水文、生态等多个系统中的关键要素，对其进行深入研究具有多方面的重要意义。

在气候领域，积雪作为地表与大气之间的重要界面，对区域和全球气候系统有着深刻影响。积雪具有高反照率，能够反射大量的太阳辐射，从而减少地表对太阳能量的吸收，进而影响地面与大气之间的能量交换和热量平衡。研究表明，积雪反照率的变化会显著影响地表能量收支，进而对气温、大气环流等气候要素产生连锁反应。在全球气候变化的大背景下，东北地区积雪的时空变化特征及其对气候的反馈作用，成为了气候研究领域的关键课题。准确把握这些变化，有助于深入理解区域气候演变的机制，为气候预测和气候变化应对策略的制定提供重要依据。

从水文角度来看，东北寒区积雪是重要的水资源储备形式。冬季的积雪在春季随着气温升高逐渐融化，形成春汛，为河流和湖泊补充水源，对维持区域水资源平衡和生态系统的稳定至关重要。积雪融水是许多河流的重要补给来源，其融化过程和径流量的变化直接影响着流域的水资源利用和管理。例如，在农业灌溉、城市供水以及水电能源生产等方面，积雪融水的时空分布和变化规律都起着决定性作用。因此，深入研究积雪的积累、消融过程以及对径流的影响，对于优化水资源配置、保障水资源的可持续利用具有不可替代的意义。

在生态方面，积雪对寒区生态系统的影响广泛而深远。一方面，积雪在冬季为植被提供了保护屏障，减少了低温对植物的伤害，同时积雪融化后的水分也为植物生长提供了重要的水源，有利于植被的春季复苏和生长。另一方面，积雪覆盖情况的变化会影响土壤温度和湿度，进而改变土壤微生物的活动和土壤养分的循环，对整个生态系统的结构和功能产生连锁反应。此外，积雪也是许多野生动物的栖息地和食物来源，其变化会对野生动物的生存和繁衍产生重要影响。

综上所述，东北寒区积雪特性参数分析及积雪模型构建的研究，对于揭示区域气候、水文和生态系统的相互作用机制，实现区域可持续发展具有重要的科学价值和现实意义。通过深入研究积雪特性参数的变化规律，建立准确可靠的积雪模型，能够为气候变化预测、水资源管理、生态环境保护等提供科学依据和技术支持，从而有效应对东北寒区积雪变化带来的各种挑战，保障区域的生态安全、水资源安全和经济社会的可持续发展。

1.2国内外研究现状

积雪特性参数的研究是理解积雪物理过程和建立积雪模型的基础，国内外学者对此进行了广泛的研究。在积雪深度方面，王金霞等人利用中国雪深长时间序列数据集，分析了1979—2020水文年东北黑土区年均、各月以及各季主要积雪参数的时空变化特征，发现东北黑土区年均积雪深度为2.70cm，且各季、各月平均积雪深度呈现出单峰分布，2月为峰值最高月份。在积雪面积的研究中，周晓宇等学者基于1961-2017年东北地区162个气象站点逐日气象观测数据，分析了积雪的时空变化，指出东北地区积雪面积呈现高纬多低纬少、山地多平原少的分布特点，且年积雪日数和累积积雪深度在21世纪10年代达到年代最高值。在积雪密度研究领域，国外学者通过大量的野外观测实验，建立了积雪密度与积雪深度、温度等因素的经验关系模型，如Smith提出的积雪密度与积雪深度的幂函数关系，为积雪密度的估算提供了重要参考。

在积雪模型的发展历程中，国内外学者做出了卓越贡献。早期的积雪模型以简单的能量平衡模型为主，如Anderson提出的度日模型，该模型基于气温与积雪融化之间的线性关系，通过度日因子来估算积雪融化量，因其计算简单、数据需求少，在早期的积雪融水径流模拟中得到了广泛应用。随着对积雪物理过程认识的加深和计算机技术的发展，复杂的能量平衡模型逐渐兴起，如俄罗斯学者开发的SNOBAL模型，该模型考虑了太阳辐射、长波辐射、感热通量、潜热通量等多种能量收支项，能够更准确地模拟积雪的积累和消融过程。国内学者也在积雪模型研究方面取得了显著成果，例如，中国科学院寒区旱区环境与工程研究所的研究团队在借鉴国外先进模型的基础上，结合我国东北地区的实际情况，开发了适合我国寒区的积雪模型，在模型中考虑了积雪的分层结构、积雪与植被的相互作用等因素，提高了模型在我国东北地区的适用性。

尽管国内外在东北寒区积雪特性参数分析及积雪模型构建方面取得了一定成果，但仍存在一些不足之处。在积雪特性参数研究方面，现有的研究大多集中在积雪深度、积雪面积等宏观参数上，对于积雪的微观结构、积雪的热传导率、积雪的力学性质等参数的研究相对较少，而这些微观参数对于准确理解积雪的物理过程和能量交换