冰冻圈对气候变化有着迅速且巨大的响应和影响(IPCC，2007；Lemke et al，2007)。积雪作为其主要的存在形式之一，在对气候变化产生响应的同时，也以其高反照率和积雪水分效应，改变地-气系统的水汽和能量交换，从而影响气候系统的变化(Yeh et al，1983)。中国西部积雪就因其对中国乃至东亚气候的影响而备受关注(郭其蕴等，1986；陈乾金等，2000；郑益群等，2000；Qin et al，2006；朱玉祥等，2009)。

积雪与气温、降雪、地形等因素关系密切(高荣等，2003；王叶堂等，2007；张佳华等，2008a)。在中国西部，不同地区气候条件有很大差异，加之地形错综复杂，造成了积雪分布的不均匀。针对此问题，早期曾从积雪区划的角度进行过相关工作(朱岗昆等，1954；徐淑英，1958)，为复杂地形上积雪分布的研究奠定了基础。在探讨积雪类型分区和分布特征时，李培基等(1983)考虑到积雪深度受局地因素影响较大，认为积雪的持续时间比其平均厚度更具有代表性，并以积雪日数作为标准，划分了中国的积雪类型，同时指出了不同类型积雪区积雪日数的年际变率(以下简称积雪年际变率)范围，为积雪类型分区的研究提供了积雪日数和积雪年际变率两种思路。近几十年，利用积雪日数方法探讨中国积雪类型划分的工作已经取得一些成果(车涛等，2005；刘俊峰等，2011)，但应用积雪年际变率方法的研究尚未进行。考虑到积雪类型的划分反映了不同区域积雪稳定性的差异，积雪年际变率作为描述年际尺度内积雪日数振荡的物理量，能够反映积雪持续时间的波动状况，不失为表征积雪稳定程度的一种指标。与此同时，随着气候变率及其可预报性研究成为国际气候科学研究的热点(CLIVAR，1997)，积雪作为影响中国气候的重要因素，研究其年际变率对了解中国气候变率形成机制也有重要意义。因此，分析中国西部积雪年际变率以及利用其进行积雪类型划分的研究是很有必要的。

迄今为止，地面气象台站的积雪观测资料仍被认为是可信度较高的积雪资料，但由于中国西部台站分布极不均匀，很多地区没有观测记录，而在这些地区使用插值则会产生较大误差。卫星遥感技术的发展则弥补了台站观测的缺陷，为积雪监测提供了有效的技术支持，其中，被动微波遥感SMMR和SSM/I反演的雪深数据被广泛应用于中国西部的积雪研究(李培基，1993；曹梅盛等，1994；柯长青等，1998a，1998b；车涛等，2005；张佳华等，2008a，2008b)。

考虑到积雪日数和积雪年际变率两种方法在讨论积雪类型的划分上可能各有优势，本文旨在已有的积雪日数研究方法(何丽烨等，2011)的基础上，利用地面台站和卫星遥感资料，使用积雪年际变率方法划分中国西部积雪类型，并与积雪日数方法的划分结果进行比较，分析其异同，尝试将两种方法结合，参照更综合的指标划分积雪类型，以期能够较为详实地描述中国西部积雪类型划分及变化，揭示西部积雪稳定状况的区域差异，为进一步探讨积雪变化机理和预估积雪变化趋势提供依据。2 资料与方法

选用中国105°E以西189个气象台站的积雪日资料，以天气现象定义为标准，当观测场上视野范围内有一半以上被积雪覆盖，则记为积雪日，定义当年7月1日至次年6月30日为一个积雪年，统计出以上台站1960—2004年的积雪年积雪日数(安迪等，2009)。所选台站的年积雪日数缺测资料均少于5%，且缺测不列入计算。在沙漠腹地(包括古尔班通古特沙漠、塔克拉玛干沙漠和库姆塔格沙漠)、藏北高原和喜马拉雅山区，因无台站观测资料，故不划分积雪类型。

鉴于台站数据的空间不连续性，文中还使用了由被动微波遥感SMMR和SSM/I亮温资料反演的1981—2004年逐日雪深资料，空间分辨率为25 km(车涛等，2006)。采用与台站资料相同的积雪年定义，根据有、无雪深，计算出该资料积雪年的积雪日数。

积雪年际变率定义为

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根据积雪类型划分方法(李培基等，1983)，将积雪划分为稳定积雪、年周期性不稳定积雪和非年周期性不稳定积雪3类。其中，稳定积雪区的积雪年际变率低于0.4，年平均积雪日数超过60 d；年周期性不稳定积雪区的积雪年际变率为0.4—1.0，年平均积雪日数为10—60 d；非年周期性不稳定积雪区有的年份出现积雪，有的年份不出现，其积雪年际变率在1.0—3.0，年平均积雪日数为0—10 d。

无积雪区是指气候意义上的无积雪，因此，不排除在个别年份出现积雪的可能。这些地区的积雪年际变率非常大，在划分积雪类型时，若某地区的积雪年际变率大于3.0，即将这一地区视为无积雪区。3 积雪类型划分 3.1 积雪年际变率

中国西部不同地区积雪的年际变化有很大差异。在北疆、天山及青藏高原东部大部分地区，积雪日数的年际变率较小，低于0.4，其中，新疆阿尔泰附近的积雪更稳定，年际变率低于0.1；南疆和东疆盆地周边、河西走廊以及青藏高原中西部地区，积雪的年际变率相对较大，为0.4—1.0；而南疆和东疆盆地、巴丹吉林沙漠、藏东南山区以及成都—昆明一线广大地区的积雪年际变率基本在1.0—3.0(图 1a)。

图 1 1960—2004年中国西部积雪(a)年际变率和(b)积雪日数(单位:d)分布(阴影表示无台站资料区) Fig. 1 Distributions of the interannual variability of snow cover days(a) and the snow cover days(b，unit: d)in western China from 1960 to 2004(The solid gray areas are the regions without station records)

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从多年平均积雪日数的分布情况(图 1b)可以看出，积雪年际变率的大小与积雪日数的多少存在一定程度的对应关系，即在积雪年际变率较小(大)的地区，积雪日数通常较多(少)，例如，北疆、天山、塔里木盆地、巴丹吉林沙漠、河西走廊和巴颜喀拉山等。这说明积雪年际变率可被视为描述积雪日数稳定性的参数，在很大程度上反映出积雪日数的相对变化或波动情况。但也有个别地区，积雪的持续时间和其年际变率并没有体现出这种对应关系，例如：柴达木盆地和念青唐古拉山东部，这可能导致用两种方法划分的积雪类型出现差异。 3.2 积雪类型划分

以多年平均的积雪年际变率为标准，划分了中国西部的积雪类型(图 2a)。其中，稳定积雪区主要包括北疆、天山和青藏高原东部地区，由于这些地区多为高海拔山脉，积雪易受其低温影响，维持较小的年际变率；年周期性不稳定积雪区主要包括南疆和东疆盆地周边、河西走廊、青海北部、青藏高原中西部、藏南谷地以及青藏高原东南缘地区；非年周期性不稳定积雪区包括了南疆和东疆盆地、巴丹吉林沙漠、藏东南山区以及成都—昆明一线地区，这些地区或地处沙漠戈壁，或地处低纬度，积雪的年际变化较大，极不稳定。四川盆地和云南南部无积雪。

图 2(a)积雪年际变率和(b)积雪日数方法划分的1960—2004年中国西部积雪类型(阴影表示无台站资料区) Fig. 2 Types of snow cover in western China from 1960 to 2004，as classified by the methods of the interannual variability of snow cover days(a) and the snow cover days(b)(The solid gray areas are the regions without station records)

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与积雪日数方法的划分结果(图 2b)比较后发现，在柴达木盆地、祁连山地区、陇中—松潘—川西高原一带、念青唐古拉山东部和藏南谷地，两种方法划分的积雪类型有明显不同。在祁连山地区，由于积雪受海拔影响明显，且其初、终积雪日期的推迟率和提前率均随海拔的升高而减小(李栋梁等，2009)，因此，这一地区一直以来都是积雪的高值中心(韦志刚等，2002)，积雪也应稳定维持，年际变率方法划分的积雪类型与此较为吻合。而在柴达木盆地这样的沙漠地区，地势低，气温高，积雪日数应该较少，而其年际变率则应相对较大，积雪稳定性差，积雪日数方法的划分结果也许更能体现这里的积雪特点。4 不同类型积雪区范围的年代际变化

由于气候变化，不同类型积雪区的范围在各年代也应不同。由图 3可以看出，仅北疆和天山的稳定积雪区范围年际变化较小，其特征边界始终位于天山一带，只在东部随年代变化位置稍有不同。青藏高原东部稳定积雪区边界向西北扩展，原唐古拉山、昆仑山和祁连山等地的不稳定积雪年际变率减小，积雪趋于稳定。南疆和东疆盆地、巴丹吉林沙漠，这些地区的非年周期性不稳定积雪范围有很大的不确定性，其面积在21世纪初期减至最小。相比而言，地处低纬度，包括藏东南山区和成都—昆明一线在内的非年周期性不稳定积雪区范围的年际变化则相对较小，其变化主要源于有、无积雪区南北分界线的南进北退。通过上述对稳定积雪和非年周期性不稳定积雪变化的分析不难判断出，年周期性不稳定积雪区正随着年代的推进逐渐向西北偏移。

图 3 用积雪年际变率方法划分的1960—2004年(a)中国西部稳定积雪区和(b)非年周期性不稳定积雪区特征边界的年代际变化(阴影表示无台站资料区) Fig. 3 Interdecadal variations of the boundaries of stable snow-covered areas(a) and non-annual periodic unstable snow-covered areas(b)in western China from 1960 to 2004，as classified by the method of the interannual variability of snow cover days(The solid gray areas are the regions without station records)

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近百年来，全球气候正经历着以变暖为主要特征的显著变化，中国的增暖幅度在0.5—0.8℃，并在20世纪80年代以后进入了一个明显暖期(秦大河等，2005)。随着温度上升和水循环的加快，中国西北地区主要是新疆在1987年气候发生了突变，由暖干向暖湿转型(施雅风等，2003)，而青藏高原地区的气候也于20世纪80年代中后期出现了相同转变(牛涛等，2005)。考虑到积雪与气温、降水的密切关系(高荣等，2003；王叶堂等，2007；张佳华等，2008a)，气候突变必然对西部地区的积雪产生影响，因此，选择被广泛认可的1987年作为气候突变年，来探讨气候突变前(1971—1987年)、后(1988—2004年)积雪的变化。

气候突变以后，中国西部积雪的年际变率发生了变化(图 4)。在塔里木盆地南部、天山东部—祁连山西部—阿尼玛卿山一带、陇中—松潘—川西高原及念青唐古拉山和藏南谷地的东部以及云贵高原等地，积雪的年际变率减小，其中，四川南部有、无积雪区分界线附近的盐源站，积雪年际变率值下降0.6。在中国西部的其他积雪区，积雪年际变率在气候突变后都有所增大，特别是位于青海湖南侧的恰卜恰站，增幅最大(2.4)。

图 4 中国西部(a)气候突变前(1971—1987年)、(b)突变后(1988—2004年)积雪年际变率分布(阴影表示无台站资料区) Fig. 4 Distributions of the interannual variability of snow cover days in western China before(a，from 1971 to 1987) and after(b，from 1988 to 2004)the abrupt change of climate(The solid gray areas are the regions without station records)

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随着积雪年际变率发生变化，积雪类型的划分也发生了改变(图 5a、b)。从图 5c中可以看到，气候突变后，天山东部、祁连山南侧和青藏高原东南部的零星地区已由原来的稳定积雪区变为年周期性不稳定积雪区，阿尔金山、巴丹吉林沙漠、青海湖南侧和四川盆地边缘地区也由年周期性变为非年周期性不稳定积雪区，上述这些地区积雪的年际变率均有所增大；而位于青藏高原中东部的祁连山东部—阿尼玛卿山东部的大片区域，念青唐古拉山东部和川西高原这些地区，积雪年际变率减小，趋于稳定，积雪类型也由原来的年周期性不稳定积雪区变为稳定积雪区，使气候突变后稳定积雪区的范围扩大，这种变化正符合以往研究中指出的青藏高原积雪随全球变暖而普遍增加(李培基，1996；柯长青等，1998b)。

图 5 用不同方法划分的气候突变前后中国西部积雪类型(a．气候突变前(1971—1987年)，积雪年际变率方法；b．气候突变后(1988—2004年)，积雪年际变率方法；c．(1988—2004年)-(1971—1987年)，积雪年际变率方法；d．(1988—2004年)-(1971—1987年)，积雪日数方法(a、b 阴影表示无台站资料区；c、d 阴影为积雪类型变化区，深色区域表示当地积雪年际变率减小，积雪日数增多，浅色区域表示当地积雪年际变率增大，积雪日数减少) Fig. 5 Variations of distributions of snow cover types(c，d. between the periods 1988-2004 and 1971-1987)in western China before(a，from 1971 to 1987) and after(b，from 1988 to 2004)the abrupt change of climate，as classified by the method of the interannual variability of snow cover days(a-c) and by the method of the snow cover days(d)(a/b. The solid gray areas are the regions without station records; c/d. The shaded areas indicate the regions in which types of snow cover changed. The dark shaded areas represent the reducing(increasing)local interannual variability of snow cover days(local snow cover days). The light shaded areas represent the increasing(reducing)local interannual variability of snow cover days(local snow cover days))

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对比积雪日数方法划分的中国西部积雪在气候突变前后的类型发现，积雪类型发生变化的区域比用积雪年际变率方法的结果要小得多。仅南疆和东疆盆地的西南缘以及藏东南山区的不稳定积雪区由年周期性变为非年周期性，积雪的年际变率有所增大(图 5d)。

无论使用哪种方法划分积雪类型，在气候突变以后，都易在不同类型积雪区的过渡带上发生变化。积雪日数方法的结果反映出在气候突变以后，沙漠和低纬度地区原本就不稳定的积雪变幅增大，愈加不稳定；而在积雪年际变率方法的结果中，青藏高原东部地区积雪年际变率减小，趋于稳定的积雪面积增加，正符合气候变暖后高原积雪呈现的普遍增加趋势。6 基于卫星遥感资料的积雪类型划分

从利用卫星遥感资料和积雪年际变率方法划分的1981—2004年中国西部积雪类型的结果(图 6a₁)可以看出，稳定积雪区主要位于北疆、天山和青藏高原的高海拔山区，包括昆仑山、祁连山、阿尼玛卿山、巴颜喀拉山、唐古拉山、念青唐古拉山和喜马拉雅山；年周期性不稳定积雪区主要包括准噶尔盆地、南疆盆地周边、河西走廊、柴达木盆地大部分地区、藏北高原以及陇中—松潘—川西高原一线的广大地区；非年周期性不稳定积雪区包括南疆盆地外围、巴丹吉林沙漠北部和川、滇两省交界地区。南疆盆地中心、巴丹吉林沙漠南部、四川盆地和云南南部无积雪。

图 6 利用卫星遥感(a1、a2)、台站观测(b1、b2)资料的积雪年际变率(a1、b1)／积雪日数(a2、b2)方法划分的1981—2004年中国西部积雪类型 Fig. 6 Types of snow cover in western China from 1981 to 2004，as classified by the method of the interannual variability of snow cover days(a1，b1) and by the method of the snow cover days(a2，b2)based on the satellite remote sensing data(a1，a2) and the observational data(b1，b2)

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利用卫星遥感资料和积雪年际变率方法划分的结果(图 6a₁)与利用台站观测资料和相同方法的划分结果(图 6b₁)相比，虽然同类型积雪区的分布比较一致，但范围却有不同。卫星遥感资料划分的积雪类型，不仅范围更加精确，而且，体现了西部地区的地形特点，反映出积雪分布与地形的密切关系。例如，其稳定积雪区的分布几乎与高海拔山脉的走势一致，在准噶尔、塔里木、柴达木等地，积雪类型的划分结果中也体现了盆地的地形特点。而地面气象台站由于受建站条件所限，一般都位于地势相对较低、气候较为温暖的地区，因此，台站数据并不能十分准确地描述较高海拔地区的积雪状况，又因西部地形复杂，导致台站分布极不均匀，其资料的空间不连续性使台站分布稀疏或没有观测资料地区的积雪状况很难如实地反映出来。卫星遥感资料却能精确到每一个空间格点，在诸如昆仑山、喜马拉雅山这些台站观测资料稀缺的地区，也能较好地反映当地的积雪状况，很大程度上弥补了台站观测的不足。

利用遥感资料和积雪日数方法划分西部积雪类型(图 6a₂)与利用遥感资料和年际变率方法划分的结果(图 6a₁)相比，其差异明显，这尤其体现在稳定积雪区的划分上。在遥感资料的积雪日数方法的结果(图 6a₂)中，稳定积雪区几乎覆盖了北疆、天山、河西走廊和整个青藏高原地区，不仅完全没有体现出西部地形对积雪分布和类型划分的影响，甚至在准噶尔、柴达木盆地这样的沙漠地区，积雪也稳定存在，这与通常对西部积雪分布特点的认知相去甚远。因此，有理由认为，在使用卫星遥感资料划分中国西部积雪类型时，利用积雪年际变率方法得到的划分结果更符合西部积雪的分布特点，也更能体现出积雪分布与地形的密切关系。7 积雪类型划分综合指标的建立

积雪年际变率方法和积雪日数方法在划分中国西部积雪类型及其在气候突变前后的变化时，表现出了对反映高山、低地等不同地形上积雪的分布特点各有侧重。从气候变化研究的角度考虑，在划分中国西部积雪类型的问题上，可能需要建立更综合的积雪分类指标。因此，现尝试将积雪日数和积雪年际变率划分标准相结合，在衡量积雪持续时间的同时，考虑其波动性，以此来划分中国西部的积雪类型。

积雪类型划分综合指标为

其中，d表示积雪日数，C_v表示积雪年际变率。

根据以上综合指标，划分西部积雪类型(图 7)。可以看出，地面台站观测资料与卫星遥感资料划分的积雪类型范围仍有明显差异。将台站观测资料的综合指标划分结果与同期使用相同资料的积雪年际变率方法和积雪日数方法的划分结果(图 6b₁、b₂)对比后发现，其与日数方法的划分结果更相近。卫星遥感的综合指标划分结果与使用相同资料的年际变率方法的划分结果(图 6a₁)较为一致。这说明使用台站观测资料时，积雪类型的划分很大程度上受到积雪持续时间的影响，而使用卫星遥感资料时，积雪的年际变率则是影响积雪类型划分结果的主要因素。

图 7 综合指标划分的1981—2004年中国西部积雪类型(a．台站观测结果，b．卫星遥感结果) Fig. 7 Types of snow cover in western China from 1981 to 2004，as classified by the comprehensive indicator based on the observational data(a) and the satellite remote sensing data(b)

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综合使用地面台站观测和卫星遥感资料，利用积雪年际变率方法划分中国西部的积雪类型，分析了其年代际、气候突变前后的变化，并与积雪日数方法的划分结果进行了比较，探讨了利用不同资料、不同方法划分西部积雪类型的差异，得出结论如下：

(1)以积雪年际变率为标准，将中国西部积雪划分为稳定积雪区、年周期性和非年周期性不稳定积雪区3类。其中，稳定积雪区主要包括北疆、天山和青藏高原东部高海拔山区；年周期性不稳定积雪区主要包括南疆和东疆盆地周边、河西走廊、青海北部、青藏高原中西部、藏南谷地以及青藏高原东南缘地区；非年周期性不稳定积雪区包括南疆和东疆盆地、巴丹吉林沙漠、藏东南山区以及成都—昆明一线地区。随着年代推进，青藏高原东部积雪年际变率减小，积雪趋于稳定的面积增加，年周期性不稳定积雪区逐渐向西北偏移，非年周期性不稳定积雪区的范围则有很大的年际不确定性。

(2)积雪年际变率和积雪日数方法划分的中国西部积雪类型，在反映高山、低地的积雪分布特点上各有优势。分析气候突变前后积雪类型的变化时，两种划分方法的结果均表明积雪类型易在不同积雪区的过渡带上发生变化。日数方法的划分结果反映出沙漠和低纬度地区积雪变幅增大，不稳定性增强；年际变率方法的结果中体现了青藏高原东部地区积雪年际变率减小，趋于稳定的积雪面积增加。

(3)利用积雪年际变率方法划分西部积雪类型的遥感结果中，不仅各类型积雪区的范围更加精确，而且也反映了西部地区的地形特点，反映出积雪分布与地形的密切关系。卫星遥感在没有台站观测资料的地区，很大程度上弥补了台站观测的不足。在使用卫星遥感资料划分中国西部积雪类型时，积雪年际变率方法比日数方法的划分结果更符合西部积雪的分布特点。

(4)结合积雪日数和积雪年际变率标准，建立综合指标划分中国西部积雪类型时，台站资料的划分结果很大程度上受到积雪持续时间的影响，而卫星遥感资料的划分结果则主要受到积雪年际变率的影响。

致谢： 感谢国家自然科学基金委员会中国西部环境与生态科学数据中心、地球系统科学数据共享网提供的中国雪深长时间序列数据集。