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积雪反照率对人们认识全球变暖过程中积雪的反馈作用起到关键作用。MOD10A1L3等级产品提供雪冰覆盖区域的日短波反照率数据,对其的验证工作有助于其在冰冻圈科学应用中发挥重要作用。本文利用遥感MODIS1B级数据(MOD02)进行反演,并与实测数据对比,从空间上对EOS-MODIS卫星的积雪反照率数据(MOD10A1)进行精度验证和评价。然后,利用MOD10A1产品和一元线性回归法分析了2001-2010年长江源区及其冰川区积雪反照率的分布特征及年际、季节变化趋势。影响积雪反照率的因素很多,黑碳是重要因素之一,因此,本文通过研究区实测积雪反照率数据和采集的雪冰样品分析,探讨了黑碳对积雪反照率的影响,并给出定量关系。主要得出以下结果和结论:
(1)用MOD02进行遥感反演反照率结果比较好,与实测结果对比,误差小于0.05。GLT和Georeference的几何校正方法与Flaash大气校正相结合,能够较好地进行遥感反演。对MOD10A1的验证表明,该数据在本研究区比较准确,可以在本研究区进行具体应用。积雪反照率与上述反演结果对比,在源区玉珠峰附近冰川区评均误差为0.033,均方根误差为0.072;冬克玛底附近冰川区,平均误差为0.097,均方根误差为0.074。
(2)长江源区积雪反照率空间分布存在差异。高值达0.66-0.91,主要分布在长江源北部,昆仑山南坡至楚玛尔河一带以及长江源西南部唐古拉山冰川区。低值在0.15-0.48之间,主要分布在长江源东部,巴颜喀拉山以西的区域以及几个主要的湖区。长江源区积雪反照率季节分布规律明显,冬季大多数区域在0.66以上;受春季降雪影响,春季积雪反照率仍然较高;夏季积雪融化,大部分区域积雪反照率降至0.48以下。源区总体平均季节分布特征呈现单峰,即1月份出现最高值,而冰川区季节分布呈现双峰,两个高值段,分别为10~11月和春夏交替的5~6月。
(3)近10年来(2001年-2010年)源区积雪季(10月-翌年3月)积雪反照率变化特征总体呈不明显的正向变化趋势(0.0002/a),但在冰川区有明显的增加趋势(0.0012/a)。然而,在长江源区积雪季温度也是呈轻微上升趋势,积雪和温度的正反馈作用并不明显,主要原因应该是积雪雪层薄,空间分布不连续,积雪对大气的致冷作用不显著所致。非积雪季(4月-9月)的情况恰好相反,源区积雪反照率近10年来的变化趋势与温度基本呈反相关。4月到9月温度明显呈升高趋势,而积雪反照率的变化则主要呈现降低趋势,近年来长江源区夏季的强烈变暖趋势直接加大了夏季积雪的消融程度。
(4)近10年来长江源区夏季各月冰川区反照率有明显降低趋势。除了夏季温度的变暖,冰川表面反照率的降低也是促使长江源区冰川加速退缩的主要因素。两条典型冰川(切苏美曲冰川和冬克玛底冰川)上不论是积累区还是消融区,消融期7月份积雪反照率近10年来都有降低趋势,冬克玛底更为明显。两条冰川上积雪反照率都呈现随海拔高度的升高而逐渐增加的分布规律,但海拔每升高100m,积雪反照率的增加量体现出了越来越小的规律,尤其在积雪季,到了雪线以上变化量基本很小。两条冰川5400m海拔处都在1月出现了反照率低值情况,推测是冰面裸露,污化层变厚等使降雪快速融化所致。
(5)黑碳(BC)对反照率的降低作用明显,也应该是导致区域变暖,加速冰川退缩的重要原因之一。实测计算得出,从新雪降落开始BC浓度就在迅速增加。粒雪过程中,BC浓度的增加速率受温度的影响明显。白天BC浓度变化速率远大于夜间。从不同BC浓度背景下反照率随时间变化得出,陈雪比新积雪反照率平均降低了8.81%;实测新雪,BC浓度相差0.05ug/g,反照率相差0.15~0.2,平均值为0.175。