美国西部冰雪水文与水资源“，

罗杰·c·贝尔斯和唐·克莱恩

1介绍

地球上季节性积雪覆盖的地区给人类带来了特殊的挑战水资源管理，来自水文和社会因素的挑战。季节性积雪是中纬度广大地区河流径流和地下水补给的主要来源。例如，在美国西部，科罗拉多河流域每年超过85%的径流来自融雪。其中大部分来自西部四个州的几个小的气源区，大多在2700米以上，只占盆地面积的12%。在全球范围内，来自地球山脉的融雪径流充满了河流，并补充了含水层，超过10亿人依赖这些含水层获取水资源。预计未来的气候raybet雷竞技最新变率和变化将导致雪和降雨的分配以及融雪的时间发生重大变化，这将对这些地区的用水和资源管理产生重要影响。因此，了解控制融雪径流的过程对水资源和其他资源管理目的都很重要。

美国西部目前的水文气候条件

在地球上的季节性积雪覆盖地区发现的积雪的大部分变化都可以在相对深入研究的美国西部找到

《天气、气候和水手册:大气化学、水文和社会raybet雷竞技最新影响》，托马斯·d·波特和布拉德利·r·科尔曼编辑。ISBN 0-471-21489-2©2003 John Wiley & Sons, Inc.

从多降水的太平洋西北海岸到半干旱的西南地区。面积是从落基山脉可方便地将太平洋沿岸的河流划分为七个具有不同水文气候制度的区域(图1)。在整个地区，每年的大部分水流都直接归因于春季雪的融化前一个冬天的积累;然而，该地区也有低海拔地区在整个冬季和春季都经历着融雪。在高山地区，冬季积雪蓄水量的延长，往往是逐渐融化的速度，导致年水文曲线具有特征低坡度的上升分支，通常与反映每日融化周期的小日波动叠加(图2)。然而，除了这一基本相似之处之外，每个地区接收的水分来源、输送和数量，以及通常储存在积雪中的水量，水的释放速度导致不同地区之间的水流状况不同。

在冬季，raybet雷竞技最新太平洋/北美(PNA)异常型形成一系列交替符号的压力中心，横跨太平洋进入加拿大南部，向下延伸至墨西哥湾(Lin et al，， 1990)。PNA通常在寒冷时在北美形成一系列干燥的长波脊和湿槽极地气团锋面边界以北，南部为副热带暖气团。脊槽的位置影响着季节性的水分循环。美国西部的山脉，像所有主要的山脉一样，具有很强的影响力全球大气环流；在这个过程中，它们会影响季节性的水分循环。

图1美国西部的七个水文气候体系[alter Paulson et al. (1991)]

食水年

图2 Sierra南部Kaweah河Marble Fork 19平方公里的泄流线。

食水年

图2 Sierra南部Kaweah河Marble Fork 19平方公里的泄流线。

美国西部主要的水汽来源是太平洋;在秋季和冬季，太平洋气团的抬升和冷却导致降雨或雪的降水。喀斯卡德山脉和内华达山脉构成了太平洋水汽的主要地形屏障，导致大部分冬季降水以降雨的形式落在山脉的西侧。喀斯喀特山脉和内华达山脉东部的冬季降水虽然较少，但在高海拔地区通常以雪的形式落下。相对温暖的冬季温度通常会导致温暖潮湿的积雪，这些积雪通常几乎是等温的，并且容易因温暖的温度和降雨而迅速融化。

在春季和夏季，来自墨西哥湾和亚热带大西洋的湿气在大多数西部州变得重要，沿海州除外。早春海湾和亚热带大西洋的湿气常常沉淀成雪，特别是在高海拔地区。在西南各州，亚热带太平洋气团提供了额外的夏季湿气。除了来自陆地表面的“土地回收”水分évapotranspiration (Paulson, 1991)，这是为美国西部提供降水和径流的三个水分来源。该地区大部分地区的积雪和积雪蓄水量高峰出现在高海拔地区，通常发生在3月或4月，融雪径流发生在5月至7月，具体取决于海拔和纬度。

与低压系统相关的锋面活动是落基山脉北部冬季降水的主要原因，在山脉东部低海拔地区，从东到西的上坡水汽输送非常重要。在半干旱的美国西部，夏季降水大部分以évapotranspiration的形式结束，主要受对流活动的影响。不过，主要还是以积雪储存为主水的供应夏天的几个月。落基山脉北部地区的大陆性导致了寒冷干燥的积雪。将积雪的温度提高到等温和融化阶段需要大量的能量;因此，积雪往往会一直保持到春天。降雨通常不会提供足够的能量来推动融雪，直到季节很晚的时候。

落基山脉中部的高海拔地区每年的降水大部分都是冬季降雪。太平洋锋面系统将大部分冬季水汽从西部、西北部或西南部带到该地区，这影响了降水的分布。西风带在地形上被犹他州的瓦萨奇高原抬升到一定程度，并被科罗拉多州中部的大陆分水岭沿线的山脉进一步抬升，导致大陆分水岭以西的最强降水。西北方向的路径被犹他州的Wasatch山脉和Uinta山脉以及科罗拉多州中北部分水岭沿线的山脉抬高，导致这些地区降水偏多。从西南方向到达的风暴轨迹在到达科罗拉多州西南部的圣胡安山脉之前不会受到主要的地形影响，从而导致该地区的典型冬季强降水。总的来说，大陆分水岭以东地区的降水量明显下降。然而，在春季，分水岭以东的低压系统会带来大量来自墨西哥湾的湿气，导致分水岭东部低海拔地区的山麓有时会出现大雪。落基山脉中部的低海拔地区降水相当少;该地区的大部分积雪都集中在较高的山区。

3 .测量和估计雪属性历史背景

毫无疑问，反复出现的主要问题在雪水文美国西部最大的问题是:那里有多少雪?水资源管理人员预测季节径流的量，部分是基于对积雪量的估计雪水当量(SWE)，横跨流域或区域，部分基于未来降水的预测。对SWE和积雪覆盖面积(SCA)的估计用于对一个地区的经济至关重要的各种目的，包括:水库管理、雪负荷图、年降水量图(用于规划)、干旱监测，鱼类和游戏管理，娱乐(如滑雪，河流旅行)，酸雨监测和雪崩预测。(参见Doesken的第5节)

历史上，自然资源保护署(NRCS)一直负责协调雪的调查，或SWE的点测量。它还编制了美国西部的季节性供水展望。美国西部的可用水预测是通过对2000多个雪道进行测量，包括大约1000个提供连续数据的积雪遥测(SNOTEL)站点，对冬季和早春的积雪进行盘点而得出的。其余的站点是手动的，每月访问一次。这些观测数据与实测流量之间的经验关系被用于预测500多个点的流量。在加州，加州合作雪调查(CCSS)协调测量;它依靠40个合作机构来收集数据。与许多项目合作伙伴一样，CCSS进行季节性供水预测;每周更新主要流(Hart和Gehrke, 1990)。

由于影响SWE分布的因素较多，且SWE空间分布的相关长度较小，因此估计SWE的空间分布具有挑战性。降水模式的地形异质性和变异性也给准确确定最大积累时间带来了问题。回归模型的简单性使其成为估计SWE的一种有吸引力的方法，因为在流域尺度上直接测量SWE需要大量的工作。

对美国西部SWE空间分布的估计主要来自两个来源。在操作上，美国国家气象局(NWS)的国家业务水文遥感中心(NOHRSC)将现场和空中积雪调查数据与卫星积雪观测数据相同化，以估计整个冬季和春季的SWE分布(图3a和3b)。其次，大气模式基于模拟降雪和地表能量平衡参数估计SWE的分布。NWS的SWE估计是基于一种称为积雪估计和更新系统(SEUS)的插值程序，该程序在观测点之间进行插值，以产生网格化的SWE估计。点SWE估计来自NRCS站点和遥感。NOHRSC沿着美国1800条航线进行了空中SWE调查，其中许多位于西部(图4)。积雪中含有的水减弱了地面伽马辐射。衰减测量相对于无雪条件，以估计SWE。

遥感

遥感提供了关于雪的重要空间信息，可用于提高季节性积雪地区水文预报的准确性和及时性，并在水资源管理方面取得相应的收益。目前，用于业务水文预报的唯一遥感积雪信息是积雪覆盖面积(图3a)。在过去十年中，遥感作为确定其他雪的性质的工具得到了广泛的发展，可用于协助估计雪的分布和融雪决选。也有一种发展基于物理的融雪模型的趋势，用于这些新兴的数据，特别是在高山地区。遥感和基于物理的方法的结合将不仅能够做出更准确的流域规模预报，而且还将提供空间分布的融雪估计。

探测积雪性质的可能性在很大程度上取决于遥感仪器所记录的波长。可见光和近红外波长由于不能深入积雪，主要提供关于积雪表面的信息(例如，积雪覆盖面积、颗粒大小和反照率)。然而，微波波长可以穿透雪

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卫星积雪

03-07穆尔1995

美国西部

	雪
□	没有雪
□	云

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