《积雪特性及分布调查专题》卷首语

王 建

1.中国科学院西北生态环境资源研究院，兰州 730000

一、背景和意义

积雪作为冰冻圈的主要组成部分，对地表能量平衡、水文及大气循环等具有显著影响[1-5]，同时积雪的分布与属性动态能对气候变化迅速做出反应，被认为是气候变化的指示器。积雪也是我国重要的淡水资源，在我国中纬度干旱和半干旱山区，融雪径流对河流的补给量在春季可达75%[6-7]。但同时积雪也是重要的致灾因素，融雪洪水、风吹雪、牧区雪灾、雪崩是我国主要的积雪灾害类型，多发于新疆、内蒙古和青藏高原等地，不但引发重大的经济损失，还可能对人类生命安全造成威胁[8]。积雪面积、深度、反照率、雪粒径、雪密度、雪化学等积雪特性及分布参数是冰冻圈和气候变化研究以及我国积雪水资源评估、积雪灾害监测和预警的数据基础。

然而，气象台站积雪观测存在参数不足、观测代表性不高、山区和青藏高原西部站点稀疏的问题；已开展的诸多积雪地面与遥感调查工作观测区域和时段分散，观测参数、仪器、方法和频次差异大，缺乏积雪地面调查规范，观测资料零散且缺少数据汇集。此外，由于缺乏系统、全面的积雪特性地面数据支持，积雪遥感反演算法精度和适用性不高，我国已有的积雪遥感产品完整性和一致性也较差，难以为全球变化研究、水资源评估、防灾减灾等工作提供有力的数据支撑。

基于此，国家科技基础资源调查专项“中国积雪特性及分布调查”项目于2017年启动，由中国科学院西北生态环境资源研究院联合原中国科学院遥感与数字地球研究所、国家卫星气象中心、北京师范大学、南京大学、中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所等12家单位开展了我国大范围、系统性的全国积雪调查，全面获取了中国积雪特性及分布基本情况，形成了一套观测规范、参数完整的积雪地面观测数据及长时间序列高精度积雪遥感产品，可望为我国相关科学研究和行业应用提供全面的基础数据支撑。

二、积雪调查简介

“中国积雪特性及分布调查”项目（以下简称“项目”）的总体思路是建立积雪参数测量规范，基于该规范在中国典型积雪区（新疆北部、青藏高原和内蒙古-东北地区），以定点连续观测、代表性线路调查、多尺度样方观测的点、线、面组合形式开展积雪特性地面调查，获得两个完整雪季（积累期、稳定期、消融区）的积雪特性数据，形成中国积雪特性综合数据集；以多平台、多谱段、多频率遥感数据为基础，利用典型积雪区的积雪特性综合数据集获取积雪特性先验信息以及样方验证数据，研制长序列、高精度、多尺度的中国积雪遥感产品，构建中国积雪时空分布动态数据集；基于积雪特性综合数据集和积雪时空分布动态数据集，编制新的中国积雪类型图，制作东北典型农田区、青藏高原牧区、西北典型流域和新疆天山中段系列积雪专题图集，并实现多级共享，满足气候变化研究、水资源评估和防灾减灾的基础数据需求。

三、调查数据成果

首次获取了全面完整的中国典型积雪区积雪理化特性地面观测数据，摸清了中国积雪密度的时空分布及积雪粒径和形态信息，以及中国积雪化学特性分布；利用站点观测、高分辨率遥感等数据评估了现有主要积雪产品的特点与不足，研发了目前时间序列最长、空间范围覆盖最广、精度优于同类数据的中国积雪遥感系列产品；在地面调查和遥感数据集的基础上，形成了有中国寒区特色的积雪类型划分和积雪水资源及灾害专题图。

项目数据集已全部在国家冰川冻土沙漠科学数据中心发布共享。本期专题针对所有积雪地面调查数据、部分积雪遥感数据产品及积雪专题应用数据进行介绍，形成数据论文11篇。其中，《中国积雪地面调查数据集（2017-2020）》，详细介绍了在中国三个典型积雪区的积雪特性地面观测数据，具体包括2017-2020年40个站点连续的积雪深度，6个站点不同时期积雪物理（雪深、雪密度、雪粒径、雪温度等）和化学特性（黑碳、阴阳离子、pH值），在具有不同气候带、不同下垫面特点的6条线路上不同积雪期的积雪物理化学数据，以及500m和25km的雪深样方观测数据；《中国2000-2020年积雪反照率遥感产品》《中国东北地区MODIS积雪季逐日无云NDSI数据集（2000-2020）》《1980-2020年AVHRR中国积雪物候数据集》《2000-2020年MODIS中国积雪物候数据集》《北京冬奥会张家口赛区未来三十年积雪物候数据集》，介绍了部分积雪遥感产品及其衍生数据，包括基于渐近辐射传输模型与森林积雪观测校正的中国积雪反照率产品，基于多级决策树积雪提取算法的衍生产品积雪物候、以及林区积雪面积提取的关键参数积雪指数NDSI等。《中国积雪特性时空分布电子地图集》介绍了基于积雪类型划分和地面遥感调查数据的积雪特性空间制图数据，包括积雪密度（2017-2020年）、积雪日数（1980-2020年）、积雪深度/雪水当量（1980-2020年）和积雪反照率（2000-2020年）；《2002-2021年青海省积雪日数遥感监测数据集》《基于气象要素的青藏高原牧区雪灾等级监测数据集》《2017-2020年东北典型农田区积雪水热效应数据集》《黑河流域上游2000-2015年积雪水资源数据集》，介绍了积雪调查数据在典型地区的专题应用情况，包括牧区雪灾监测、农田水热效应评估以及西北典型流域积雪水资源估算等。

四、数据应用成效

通过本次积雪调查的实施，发展了自主知识产权的积雪面积、雪水当量、积雪反照率产品的反演方法，生成了长时间序列、高时空分辨率的积雪产品数据集，解决了积雪参数反演过程中地形和森林影响、长时间序列数据产品不一致等问题，可更加全面地评价我国积雪时空分布状况，为全球气候变化研究、水资源评估等工作提供基础数据，对积雪灾害防治、冰雪旅游等具有重要价值和意义。数据成果已应用于2018-2020年青海省积雪灾害监测、评估、预警等方面的决策支持，减少灾害损失近5000万元，创造了显著的经济和社会效益。项目为新疆自治区气象台（2019）04号等30期重要气象情报服务提供了宝贵的灾区防控参考，为提升新疆融雪型洪水灾害风险防范能力（2021）的气象决策提供了服务材料，对解决新疆融雪型洪水灾害变化机理及归因、未来风险预估及其影响等重要问题等方面提出了相关建议。希望通过刊发本期专题的系列数据论文，进一步扩大和深化中国积雪调查数据产品的共享和再利用。