积雪观测系统定量揭示风吹雪事件在高原冬季高度频发

近日,中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学与冻土工程全国重点实验室李弘毅研究员、车涛研究员、张阳工程师在 Water Resources Research 发表研究,通过长期连续观测与不确定性分析,揭示了风在高海拔地区冬季积雪变化中的主导作用。该项研究在观测层面量化了风吹雪对地面积雪质量平衡的贡献,系统评估了不同置信度水平下风吹雪事件的发生频率,定量证明了风吹雪是高原冬季的常态过程。

研究团队在青藏高原东北部祁连山区海拔 4147 米的垭口地区,构建了一套集成降雪(WMO标准双层防风栅栏)、雪水当量(GMON测量)、风吹雪输送(Flowcapt声学测量)和升华观测(涡动系统)的综合积雪观测系统。在此基础上,研究人员使用基于高斯核的概率分类方法,将不同仪器的观测误差显式纳入分析,进而将每一次积雪变化事件进行分类,并同时赋予不同置信度等级,对应 IPCC 推荐使用的“非常可能(Very Likely)”“可能(Likely)”“大致相当可能(About as likely as not)”等标准。

研究结果显示,即便在最高置信度(Very Likely,概率 ≥0.90)的严格条件下,仍可识别出大量由风驱动的积雪再分配事件。在这一等级中,风吹雪沉积与侵蚀事件占据主导地位,几乎不出现由纯降雪单独形成的积雪变化。当分析进一步扩展至 “可能(Likely)”和“大致相当可能(About as likely as not)” 等置信度等级时,风致沉积、侵蚀及混合事件始终占据主要份额,而纯降雪事件比例始终极低。这种在不同置信度层级下均保持一致的结果表明,风吹雪是高原冬季反复发生、持续存在的积雪主导过程。

综合全部置信度等级后的结果显示,在地表积雪质量变化中,风驱动的积雪沉积、侵蚀合计贡献了约 68.5%,降雪合并风吹雪的混合事件占比为28.4%,而单纯由降雪造成的积雪增加仅占 3.1%。此外,研究还提供了风吹雪放大升华的观测证据:当风速超过约8米每秒时,悬浮雪粒会显著增强升华过程。这一发现为改进高寒地区水资源评估提供了高确信度线索,因为风吹雪升华往往在传统水文模型中缺失或被低估。

该项研究为认识高寒地区水资源形成机制中风吹雪的作用提供了观测证据和新的视角,拓展了对高原地区积雪演化过程的科学认识。

研究全文请见: Li, H.*, Che, T., & Zhang, Y. (2025). Wind Shaped Winter Snow Mass Balance at High Altitude: Insights From an Integrated Snow Observation System. Water Resources Research, 61(12), e2025WR039885. https://doi.org/10.1029/2025WR039885

图1:积雪质量平衡过程与综合观测系统的概念框架,包括降雪、升华与风吹雪输送及其不确定性分析
图1:积雪质量平衡过程与综合观测系统的概念框架,包括降雪、升华与风吹雪输送及其不确定性分析

图3:垭口雪观测站(SOS)及综合观测系统布局,展示涡动系统、降雪观测、雪水当量与风吹雪输送测量设备
图3:垭口雪观测站(SOS)及综合观测系统布局,展示涡动系统、降雪观测、雪水当量与风吹雪输送测量设备

表1:不同置信度等级下积雪再分配事件的累计统计(事件数与质量变化)
表1:不同置信度等级下积雪再分配事件的累计统计(事件数与质量变化)