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积雪是气候变化的一个重要因子,对地表的能量收支和水循环都有显著影响。青藏高原通过热力和动力作用对区域和全球气候的变化产生影响,同时也是气候变化的敏感区,在过去的半个多世纪升温显著。青藏高原地表气温明显低于同时期同纬度的其他区域,全年均有积雪分布。自上世纪70年代以来,由于高原上气象台站的增加和卫星观测数据的应用,对高原积雪的研究取得了一些显著进展。然而,对于年际和年代际时间尺度上高原积雪变化的原因,高原积雪变化对局地气候的影响,夏季高原积雪年际变化对气候变异的影响等仍不清楚。本论文基于卫星观测的积雪数据和其他多种观测和再分析数据,通过统计分析、动力诊断和模式模拟的方法就上述问题进行研究。主要结论如下: (1)青藏高原积雪在1979-2006年的长期变化具有明显的区域和季节差异。高原西部区域的夏、秋季节和南部区域的四个季节雪盖均为显著减少的趋势,如西部区域的夏季和南部区域的夏、冬季雪盖的减少趋势分别为-8.01%/10a、-6.77%/10a和-9.42%/10a。东部区域的秋、冬、春季雪盖均为显著增加的趋势,分别为6.37%/10a、4.80%/10a和9.37%/10a。雪水当量在高原东部区域的秋、冬、春季也均为增加趋势,分别为0.68mm/10a、0.97mm/10a和1.51mm/10a。高原西部偏西区域的冬、春季雪水当量也有较显著的增加趋势。高原西部的夏、秋季以及南部的四个季节雪水当量与雪盖的变化一致,均为减少的趋势。 (2)青藏高原不同区域和季节积雪长期变化的原因不同。夏季高原西部和南部积雪的减少,主要是由于地表气温增加导致融雪加快所致,即热力因子起决定作用;冬季高原南部积雪的减少则主要由大气的下沉运动使得降雪减少所致,即动力因素起主导作用。高原西部偏西区域冬、春季和东部的秋、冬、春季积雪的增加主要是大气动力和热力因素共同作用的结果,即大气上升运动和大气中水汽含量同时增加,导致降雪增加,由于冬季融雪率低,使得积雪增加。高原积雪与地表气温长期变化的关系可归纳为两类。第一类为地表气温增加而积雪减少,这种情况主要出现在高原西部区域的夏、秋季和南部区域的四个季节;第二类为地表气温和积雪均为增加趋势,主要出现在高原东部的秋、冬、春季和西部偏西区域的冬、春季。 (3)夏季高原西部和南部积雪的年际变化通过不同的大气环流异常对东亚夏季降水产生影响。夏季青藏高原西部和南部积雪的年际变化是相互独立的,均对局地气候有影响显著。由于积雪的反照率效应,能反射掉大部分入射的短波辐射,使向上的短波辐射增加,地表气温、表层土壤温度降低,感热和潜热减少。积雪变化也影响整层大气的能量收支,正的积雪异常伴随着上空大气的冷却。西部的积雪异常在亚洲中纬度区域激发出明显的波状环流异常,而南部的积雪异常所产生的环流异常主要位于热带印度洋和西北太平洋区域。在东亚和西北太平洋地区,西部和南部的积雪异常所激发的降水异常分布较相似。积雪为正异常时,长江流域到日本东部和赤道中太平洋区域有正降水异常,副热带西太平洋区域为负降水异常。两者相比,南部积雪异常产生的环流和降水异常相比西部更为显著。 (4)夏季高原西部积雪的年际变化受前期北大西洋海温异常所产生的环流异常的影响。高原西部夏季雪盖异常主要来自于其前期五月份积雪异常的持续。五月份的积雪变化受到位于北半球中纬度区域从北大西洋到东亚的大范围环流异常的影响,该环流异常源于五月份北大西洋海温异常的影响。通过正压大气模式和大气环流模式的模拟,进一步确认了五月份北大西洋的海温异常通过北半球中纬度地区的异常波列影响同期高原西部区域的环流变化。 (5)秋、冬、春季高原积雪的年际变化与上游大范围环流异常相关。秋、冬、春季高原中东部区域积雪的年际变化对局地气候影响显著,通过影响地表的能量收支,进而对上空的大气柱产生冷却作用。秋季高原中东部区域积雪的变化与上游大范围的环流异常有关。在北半球中高纬度区域存在从东北太平洋经北大西洋到东亚地区的波列,能导致高原上空产生环流异常,影响积雪的变化。通过大气环流模式模拟发现该波列的产生可能与东北太平洋和北大西洋西部的海温异常有关。冬季高原中东部区域积雪的变化受欧亚大陆中高纬度地区地表气温异常的影响。伴随着冬季高原中东部区域积雪的正异常,在欧亚大陆中高纬度区域存在显著的南风分量异常和地表气温正异常,在高层有明显的反气旋性环流异常,北大西洋上空有类似于北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation,NAO)的环流异常结构。欧亚大陆中高纬度地表气温的正异常是由NAO导致的南风分量异常所引起的正温度平流异常产生的。冬季高原中东部的积雪异常主要受欧亚大陆中高纬度温度异常的影响,NAO的直接影响非常有限。春季高原中东部的积雪异常部分来自于前期秋冬季积雪异常的持续,同时也受上游大气环流异常的影响。 (6)春季高原积雪的年际异常通过不同路径对北美大陆的气候产生影响。观测和模式模拟发现春季高原中东部区域积雪异常所产生的环流异常,一支经过东北亚一直往东北方向传播到北美大陆北部;另一支穿过热带太平洋,对副热带东太平洋地区的环流和降水产生影响,并继续向东北方向传播影响北美大陆的气候,特别是气温的变化。当春季高原积雪为正异常时,在北美大陆北部能产生显著的地表气温正异常。春季高原中东部积雪对夏季东亚区域的环流和降水也有显著的影响,使夏季东北亚到日本东部的大片区域产生明显的正降水异常。