Historical snow depth reconstruction and improvement in snow process in land surface model over the Tianshan Mountains，China

水资源是影响干旱区生态环境和制约社会经济可持续发展的关键要素，中亚干旱区地表水资源匮乏，但季节性积雪资源丰富，作为中亚水塔的天山具有丰富地积雪资源。 中国天山山区气象站点稀少、分布不均匀， 遥感积雪产品时间序列短且精度有限，陆面模式在融雪期的模拟存在较大偏差，这些不足使得针对区域积雪长期变化的评价和高精度积雪数据的获取比较困难。因此揭示中国天山雪深在过去百年具有怎样的变化规律，以及提高陆面模式对于中国天山山区雪深和雪水当量的模拟精度尤为重要。 本论文研究利用气象站点数据，分析中国天山地区积雪各参数的时空变化规律及其分别在积雪累积期和消融期的影响因素。结合再分析数据产品，应用人工神经网络（Artificial Neutral Network, ANN）等方法，重建中国天山地区百年雪深序列。利用遥感反照率产品，修改区域气候模式（Weather Research and Forecasting Model, WRF） /Noah-MP 模式中的陆面积雪过程，提高融雪期雪深和雪水当量的模拟精度。有效地利用现有数据，促进积雪过程的研究，改进与发展陆面模式的积雪过程，获得精度更高、范围更广泛的积雪数据，是干旱区水资源评估的科学基础，也是区域积雪变化研究的迫切需要。本文的主要结论如下：（1） 中国天山积雪在 1961–2015 年的空间分布和变化特征具有明显地区域差异。 积雪持续日数和最大雪深呈现出西北高-东南低的空间格局，但是积雪消融率的空间分布则与前两者相反。在 1961-2015 年间， 中国天山地区的积雪平均于 11 月 24 日出现、 1 月 27 日达到最大、 3 月 18 日消失，多年积雪持续日数为115 天。 在 1961–2015 年间， 积雪持续日数以 4.4 天/10a 的速度减少， 积雪持续日数的变化，有 63%是由积雪结束日期的提前所导致， 37%是由积雪出现日期的推后所导致。 积雪累积期的平均气温 0.09 °C/10a 和积雪消融期的有效累计正积温 1.15 °C/10a 在 1961-2015 年间均出现了增大趋势，从而分别导致了积雪出现日期的推后和积雪结束日期的提前。 中国天山地区的雪深在这 54 年间出现了显著增加的趋势，增加率为 2.08 cm/10a。（2） 在 1901–1960 年间， 通过分析校正后年平均气温和降水数据， 发现中国天山气温和降水均出现了增加趋势，但是仅年降水的变化趋势通过了显著性0.05 水平检验。 所重建的历史雪深（1901–1960 年） 的空间格局， 与站点观测的空间分布特征一致，呈现西北-东南递减的分布特征。 中国天山地区总体雪深经历了增加的趋势，但是该趋势并不显著。在垂直方向上，雪深的变化趋势也体现出了一定的空间特征。重建历史雪深的增加趋势随着海拔的升高，出现了增大的趋势， 其中 1000 m–1500 m 海拔带变化率最小。 中国天山地区南坡和东部的雪深在历史时期 1901–1960 年、 观测时期 1961–2014 年、 总体时期 1901–2014 年均出现了增长趋势。然而， 北坡、伊犁河谷、天山整体的雪深在总体时期出现了下降趋势，而它们在历史时期和观测时期分别出现了上升趋势。雪深在三个研究时段中呈现出了不同的趋势，说明雪深的变化呈现出了年代际的特征，也体现了历史雪深重建的重要性和必要性。（3） 通过对 2014 年 10 月至 2015 年 4 月整个积雪季的模拟， 比较 Noah、Noah-MP 两套方案与站点气温、雪深、雪水当量数据， 结果表明 Noah-MP1 方案的模拟精度最高， Noah-MP2 方案次之， Noah 方案最差。与站点观测数据相比，整个积雪季三套方案的模拟精度结果显示气温全部为低估，雪深和雪水当量均为高估。 利用 MOD10A1 积雪反照率产品和 MCD43A4 地表反照率产品，在积雪消融期对 Noah-MP 模式中的反照率进行替换。通过分析结果发现两种改进方案均能提高模式的模拟能力。 相比 Noah-MP 两套改进前的方案，两套改进后方案的气温、雪深、雪水当量结果均更加接近站点观测数据。 其中，利用积雪反照率 MOD10A1 积雪反照率产品改进模式方案的结果精度更高