緒論研究背景：高寒冰川區(qū)是對氣候變化反應敏感、對區(qū)域水資源影響極大的區(qū)域，該區(qū)域降水量受全球變暖影響，呈增加趨勢，以“西部大開發(fā)”為背景時，西北干旱地帶呈現(xiàn)出“暖濕化”勢頭，新疆及周邊地區(qū)降水普遍增加，作為內陸河流域水資源的重要來源，是冰川區(qū)和高山山區(qū)的降水與融水過程，對下游生態(tài)和經(jīng)濟有著決定性的意義。因為地勢險峻、環(huán)境差劣，高海拔山區(qū)氣象站點的數(shù)量稀少，傳統(tǒng)觀測手段不易及時、精準地獲取冰川區(qū)降水量，尤其在海拔3000米及以上的高寒山區(qū)，長期在降水觀測上存在缺失，導致冰川-水文研究方面降水資料成為薄弱點，降水觀測不充分制約了對高寒山區(qū)水文循環(huán)及氣候變化影響的認知?？茖W意義：改善高寒冰川區(qū)降水觀測的精準度，對弄清楚氣候變化背景下陸地水循環(huán)的演變、評定區(qū)域水資源有重要科學意義，兩大來源——冰川消融和降水，構成了高山徑流，而降水的時空分布特點直接對冰川物質平衡和徑流過程造成影響，獲取無誤的高海拔降水數(shù)據(jù)，有利于改進冰川-水文模型，減少關于下游水資源預測的不確定性。此外，在氣候變暖背景下，高寒地區(qū)降水相態(tài)（雨或雪）的變化是科研熱點。REF_Ref26659\r\h[3]觀測固態(tài)降水后加以校正，對闡明高寒地區(qū)“雪變雨”所帶來的影響意義非凡。研究目的：結合以上背景內容，本研究以天山、祁連山、阿爾泰山典型冰川區(qū)為研究對象，搭建高寒冰川區(qū)降水監(jiān)測網(wǎng)絡，利用適合固態(tài)降水的T200B型稱重式雨雪量計獲取最初的降水數(shù)據(jù)，接著按照WMO推薦的方法對觀測到的固態(tài)降水誤差予以修正，得到更貼近真實情況的降水量。開展各冰川站點原始降水量和修正降水量的對比分析工作，評判高寒冰川區(qū)降水漏測程度及修正功效，解析不同地區(qū)降水的季節(jié)分布與空間分布差異，歸總影響降水觀測的主要問題和未知因素，提出改進辦法，研究會為高寒山區(qū)降水觀測技術的發(fā)展以及數(shù)據(jù)訂正提供經(jīng)驗，為深度認識氣候變化情形下高寒冰川區(qū)水文過程給予基礎助力。2文獻綜述2.1高寒山區(qū)和冰川區(qū)降水觀測研究進展國內外觀測現(xiàn)狀：高寒山區(qū)鑒于海拔高、環(huán)境惡劣，傳統(tǒng)人工站不易布置，降水觀測一直是個棘手點，過往我國在祁連山、天山等地帶搭建了一些高山氣象站，但大多坐落于3000米以下，無法代表更高冰川地帶的降水情形，某些冰川研究站（如烏魯木齊河源1號冰川站）有人員按周期測量降雪深度等，但數(shù)據(jù)連續(xù)性以及精準程度受限。國外的阿爾卑斯山、落基山等高山地區(qū)同樣面臨類似問題，伴隨自動氣象站技術的發(fā)展，科研人員開始往冰川區(qū)部署自動降水儀，美國與加拿大的研究人員在落基山脈冰川區(qū)用自動降水計監(jiān)測高山降水，我國自2010年前后起，也開始了針對高寒冰川區(qū)自動降水監(jiān)測的嘗試。氣候變化與降水趨勢：多項研究留意氣候變暖對高寒干旱區(qū)降水的效應，有研究表明新疆地區(qū)近幾十年呈現(xiàn)“升溫增濕”趨勢，年降水量出現(xiàn)顯著的增長，青藏高原這片地區(qū)的降水格局在變，西風跟季風的輸送也許會引起高原中西部降水增加，在祁連山跟天山的冰川地段，觀測表明近年夏季降水呈現(xiàn)增強跡象，冬季降雪的變化表現(xiàn)不一，由于存在這些趨勢，深入監(jiān)測高寒冰川區(qū)降水并對其變化進行分析尤為必要。固態(tài)降水誤差問題：高寒地區(qū)降水多數(shù)時候以降雪形式出現(xiàn)，有風的條件里，傳統(tǒng)雨量計對降雪的收集效率偏低，要是風速相對較大的話，雪的漏測甚至能高達50%以上，Goodison和Yang（1995）研究表明出，沒有防風手段的降雪測量數(shù)值，或許會低估實際降雪量近一半。因此，WMO將風引起的降水低估稱為降水觀測中“最顯著的系統(tǒng)誤差”。為了量化這一誤差，1986–1993年WMO組織了大規(guī)模的固態(tài)降水測量比對試驗（WMO/CIMO1985計劃），在全球13個國家開展為期7年的現(xiàn)場對比觀測。該試驗確定了用于校準的參考降水計——雙層格柵防風的對比雨量計（DoubleFenceIntercomparisonReference,DFIR），并收集各國常用降水計在不同風速下相對于DFIR的捕獲率數(shù)據(jù)。REF_Ref26725\r\h[4]試驗結果推動制定了固態(tài)降水觀測的標準調整方法。據(jù)WMO最終報告，采用適當?shù)男Ｕ?，可將降雪測量誤差從50%降低到5–10%。2.2降水觀測儀器及T200B雨雪量計應用傳統(tǒng)雨量計及局限：普通的降水觀測工具，如標準雨量桶、傾斜式雨量計之類，大多是針對雨水設計的，測量雪的時候存在著局限，固態(tài)降水容易遭到風的擾亂，難以全都落入雨量桶；積雪或許會堵住入口，或者因溫度低不能及時融化讀數(shù)，為優(yōu)化雪的收集效率，人們研發(fā)出了各式各樣的防風罩和加熱裝置。前蘇聯(lián)的Tretyakov雨量計配置了單層防風網(wǎng)，是WMO試驗中好些國家采用的雪量計，但即便如此，依舊要對其風損失加以校正，DFIR裝置借助雙層同心圓網(wǎng)環(huán)繞在雨量計周圍，大幅度削減風速，被認為是接近“真實”降雪量的參照樣本，然而DFIR的結構體量龐大，不利于常規(guī)監(jiān)測網(wǎng)絡鋪設的實施。稱重式降水傳感器：近幾十年發(fā)展出的稱重式雨雪量計，為固態(tài)降水觀測提供了新手段。T200B型自動雨雪量計由挪威研發(fā)（Geonor公司制造），代表性地采用了振弦式稱重傳感器。REF_Ref26770\r\h[5]其工作原理是：降水（雨或雪）收集于容器中，容器通過鋼弦與傳感器相連。降水重量使鋼弦拉伸改變其振動頻率，頻率信號被記錄并轉換為降水量。REF_Ref26822\r\h[6]T200B承雨口直徑所對應的面積大小為200cm2，合乎WMO標準規(guī)格，跟雨量計一般采用的電加熱融雪不同，T200B依靠防凍液保證雪花落入后迅速融化且不結冰，同時防止水分蒸發(fā)流失，鑒于沒有機械翻斗等可活動的部件，稱重式傳感器在低溫環(huán)境下的可靠性更強，校準后可連續(xù)不斷自動記錄降水，T200B輸出的頻率信號容易實現(xiàn)遠程傳輸，也能接入Campbell之類的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其低功耗特點適合太陽能供電的野外無人站使用。T200B在冰川區(qū)的應用：T200B雨雪量計已在北美、歐洲的一些高緯度、高海拔觀測網(wǎng)絡中廣泛應用，并在多項對比試驗中表現(xiàn)出色。Smith等人在加拿大薩斯喀徹溫省的冬季試驗表明：在裝有Alter防風圈的情況下，GeonorT200B對降雪的未校正捕獲率僅約36%，但采用雙層柵欄（DFIR）參照校正后，可提高到86%；應用經(jīng)驗校正公式時，累積降雪量可達到DFIR的95%以上。在我國，從2010年前后開始，中國科學院冰凍圈科學國家重點實驗室在天山及周邊山區(qū)率先引進T200B用于冰川區(qū)降水監(jiān)測。例如烏魯木齊河源1號冰川站于2012年安裝了T200B，此后獲取了寶貴的高山降水序列。近期陳普晨等利用該站資料對比了T200B與PWS100激光雨滴譜儀的降水監(jiān)測，結果顯示：試驗場以降雪為主，T200B對固態(tài)降水的捕獲更有效，平均相對捕獲率達87%，接近DFIR參考值的67%（即T200B觀測量占DFIR的67%，需修正提高約1/3）。這一研究也表明T200B低估了一部分降水量，但比起不防風的光學雨滴計，在復雜降水條件下更可靠。總的來說，稱重式T200B雨雪量計為高寒地區(qū)降水觀測提供了新的解決方案，其性能已被多項國內外研究所驗證。2.3固態(tài)降水誤差修正方法研究捕獲率與風速關系：針對風對降水觀測的影響，大量試驗數(shù)據(jù)用于建立降水儀的捕獲率與風速的經(jīng)驗關系。捕獲率（CatchEfficiency,CE）定義為某雨量計觀測量與真值（通常以DFIR為準）的百分比。WMO固態(tài)降水比對試驗匯總了不同雨量計的CE–風速曲線。其中，加拿大環(huán)境部的Smith（2006）通過薩省Bratt’sLake試驗場的數(shù)據(jù)擬合出了GeonorT200B在無防風網(wǎng)情況下的捕獲率公式： CE(%)=100+1.89U+6.54×10?4U3+6.54×10?5U5 (2-1)其中U為雨量計口徑高度處的日平均風速（m/s）。該高次多項式表明，當風速增大時，捕獲率顯著下降（呈負相關的曲線）。對于有防風圈的情況，另有不同的經(jīng)驗公式（例如日本氣象廳等亦提供了Tretyakov雨量計+風擋的校正曲線）?？偟膩碚f，各國推薦的固態(tài)降水校正方法都是利用現(xiàn)場實測風速，通過經(jīng)驗公式計算捕獲率CE，然后將觀測量除以CE得到校正后的降水量。WMO建議在無DFIR參考的情況下采用這些經(jīng)驗關系進行降水修正，以提高數(shù)據(jù)可比性。誤差來源與其他校正：除風引起的漏測外，降水觀測還有濕潤損失和蒸發(fā)損失等誤差。REF_Ref26969\r\h[7]濕潤損失是說降水后附著在儀器上，未進入容器的那部分，傳統(tǒng)雨量計每次差不多是0.1–0.3mm；蒸發(fā)損失指降水收集起來之后，沒及時記錄就蒸發(fā)掉的那部分，T200B因一直密閉收集且采用防凍液，基本上把濕潤和蒸發(fā)損失消除了，其誤差主要是風以及傳感器漂移帶來的，針對傳感器長期出現(xiàn)的漂移，可按一定周期校準砝碼，需引起注意的是，經(jīng)驗校正公式本身存在不確切性，鑒于其系數(shù)是利用特定地點的數(shù)據(jù)擬合得出的，各區(qū)域風場和降水性質的區(qū)別，直接套用公式大概會產(chǎn)生偏差。因此有學者提出更復雜的分情形校正方法，如按降水強度、粒子類型分類調整等?？傮w而言，目前最通用的方法仍是基于WMO標準的風場校正模型，并在此基礎上不斷改進以適應各種觀測情景。3研究區(qū)概況與監(jiān)測網(wǎng)絡研究區(qū)域：本研究涵蓋祁連山、天山和阿爾泰山三大高山冰川分布區(qū)的典型站點（見圖1示意）。祁連山七一冰川位于甘肅省祁連山冷龍嶺地區(qū)，海拔4300m左右，屬大陸性高寒氣候，年均氣溫約?5℃，積雪期長達半年。烏魯木齊河源1號冰川位于東天山烏魯木齊河上游，海拔約3780m，地處中緯度干旱區(qū)，高山氣候冬冷夏涼，年均氣溫約?7℃，為我國監(jiān)測歷史最長的冰川。REF_Ref27028\r\h[8]托木爾峰青冰灘72號冰川位于中天山西段（新疆和西鄰國交界處），海拔3900m，受西風氣流影響降水較豐沛，冬季寒冷漫長。REF_Ref27074\r\h[9]喀納斯冰川站位于阿爾泰山南坡喀納斯河源區(qū)，站點海拔1384m，相對較低，周圍為森林和永久凍土過渡帶，冬季受西伯利亞冷高壓影響嚴寒少雪，夏季涼爽多雨。監(jiān)測網(wǎng)絡布設：中國科學院天山冰川觀測試驗站于2010年啟動高寒山區(qū)降水觀測網(wǎng)絡建設。首選在具代表性的冰川與高山站點安裝T200B型稱重式雨雪量計，以及配套的自動氣象站。REF_Ref27123\r\h[10]迄今為止，已在祁連山七一冰川（4309m，2010年10月啟用）、托木爾峰72號冰川（3900m，2011年9月啟用）、烏魯木齊河源1號冰川（3780m，2012年6月啟用）和喀納斯冰川站（1384m，2012年12月啟用）建立觀測點。在哈密市南部的榆樹溝冰川等區(qū)域也設置了T200B（數(shù)據(jù)未充分采集，現(xiàn)階段未納入本研究分析），這些站點覆蓋著天山、祁連山、阿爾泰山不同高度海拔及氣候區(qū)，初步構建起高寒冰川區(qū)降水觀測網(wǎng)絡，每個站點除開降水計不說，也配備有測風速、溫度以及積雪深度的傳感器，用來輔助分析降水的經(jīng)過。氣候與降水特征：研究區(qū)當中的各站點均屬溫帶大陸性氣候，冬季十分寒冷，降水大多集中于夏季。祁連山七一冰川站地處季風邊緣，全年降水量相對較少且70%以上集中在5–8月。REF_Ref27165\r\h[11]烏魯木齊河源跟托木爾峰冰川站坐落于天山不同位置，一年里降水量較多，其中夏季（6-8月）的降水占全年降水的比例可到80%，喀納斯站鑒于海拔低，因受北疆冷濕氣流的影響，冬季同樣有一定的降雪，更兼夏季降雨豐沛，年降水量跟天山站點持平，東部祁連山冰川區(qū)相對干旱，天山中部和西部的冰川分布區(qū)降水較充沛，阿爾泰山喀納斯地區(qū)介于兩者情形之間，本研究會借助具體數(shù)據(jù)對比，進一步對各站降水差異進行量化。4監(jiān)測方法與設備4.1T200B雨雪量計安裝與運行設備安裝：各冰川站的T200B雨雪量計安裝在距地面約1.5米高的鋼架上，保持水平穩(wěn)固，并確保承雨口上方無遮擋（避免雨雪飄落受阻）。在多雪區(qū)域，儀器周圍清除積雪以免沒過雨量計。每臺T200B連接到一臺CR1000數(shù)據(jù)采集器，采集器由太陽能供電并帶有儲存模塊。數(shù)據(jù)采集的時間步長一般設定為10分鐘或者1小時，記錄下振弦頻率與轉換后的累積降水量，因為T200B要用到防凍液，肯定要定期檢查和補充（一般每年秋季添加足夠多的防凍液，以覆蓋整個冬季的降雪日子），容器的容量受限，應于融雪季及時替換或倒凈，整個裝置實施了防風加固處理，用以抵御高山上的狂風，在無人監(jiān)控值守的情形下，各站點的數(shù)據(jù)借助無線或衛(wèi)星方式傳回研究站進行監(jiān)測。數(shù)據(jù)記錄與預處理：原始數(shù)據(jù)按照逐時累積降水的形式給出。本研究先對原始降水時間序列進行質控：剔除明顯異常跳變（可能由于振弦松弛或野獸干擾引起的錯誤讀數(shù)），根據(jù)氣溫判斷降水相態(tài)。REF_Ref27218\r\h[12]若氣溫超出一定的閾值，降水多數(shù)呈現(xiàn)雨的樣子，若不滿足條件則為雪或雨雪混合，按照Chen等（2023）開展的研究，烏魯木齊河源冰川站可采用+6.5℃作為區(qū)分雨雪的溫度。不過本研究各站主要降水月份氣溫均偏低，大部分降水為固態(tài)或混合態(tài)，因此統(tǒng)一采用固態(tài)降水校正方法。對于少數(shù)暖季純雨，因T200B對雨的捕獲率已很高（平均可達90%以上），其修正相對簡單，這里直接采用固態(tài)降水公式計算的結果（因風速低捕獲率接近100%，修正幅度很?。?。4.2降水量誤差修正流程WMO修正原理：按照WMO建議，使用DFIR作為真值參考，基于現(xiàn)場風速計算雨量計的捕獲率CE，然后反推真實降水量。具體流程如下：首先，利用站點氣象站的風速計數(shù)據(jù)，計算雨量計口徑高度處的平均風速U。考慮到降雪多在較低風速條件下進行，本研究采用降水發(fā)生時段內的平均風速（逐日或逐次降水事件平均）。然后，選取適用于T200B雨雪量計的捕獲率公式（即上文提及的Smith經(jīng)驗公式）。代入風速U，得到該時段的捕獲率CE（百分比)。接著，計算修正系數(shù) (4-1)最后，將雨量計觀測的降水量乘以K，得到校正后的降水量。REF_Ref27263\r\h[13]上述過程可對每一降水事件或每日數(shù)據(jù)進行，累加得到月降水量和年降水量的修正值。修正實施：在實際計算中，我們對逐小時累積降水進行了合并，按日求出每日總降水量以及該日的平均風速，并應用公式計算每日CE。對無降水日不作處理。有時強風日無降水，但前后兩日有降水，也可能影響捕獲，我們假設降水期間風速代表有效影響。在降雨情況下，由于CE接近100%，K接近1，修正影響可忽略（或限定K不低于某閾值以避免雨量被過度放大）。對于混合相態(tài)降水，如果已融化在雨量計中不區(qū)分，我們仍按照固態(tài)方法修正，可能略高估雨的部分，但由于雨本身漏測不大，此方法偏安全（寧多算一些，也比少算好）。值得一提的是，當風速非常大導致公式給出的CE異常低時（例如U>10m/s情形，超出經(jīng)驗公式適用范圍），我們進行了適當限制，避免K過高。在我們的站點數(shù)據(jù)中，絕大多數(shù)情況下U<5m/s，公式適用良好。因此整體修正流程順暢可靠。示例計算：以2012年11月祁連山七一冰川站為例：該月記錄原始降水10.1mm，月平均氣溫約?11℃，觀測到多次小雪過程。按觀測同期風速，計算得到該月降水期間平均風速約3.5m/s。代入Smith公式，得到平均捕獲率CE≈51%（即約一半降雪未被捕獲）。因此修正系數(shù)K≈1.96，將原始10.1mm放大一倍得到約19.8mm。實際計算逐日進行，結果與直接用月平均風速計算相差不大。經(jīng)如此修正后，2012年全年七一冰川站總降水由382.9mm修正為464.5mm，增加21.3%。類似地，其它站點我們逐日修正并累計全年，總體效果將在下一節(jié)詳細闡述。5各站點降水數(shù)據(jù)對比分析本節(jié)結合各站2011–2013年觀測數(shù)據(jù)，對比原始降水與修正降水的差異，分析各月修正率及全年降水變化情況。為便于比較，我們選取數(shù)據(jù)完整的年度：七一冰川站2011年和2012年，72號冰川站2012年，烏魯木齊河源1號冰川站2012年8月–2013年7月，喀納斯站2012年12月–2013年9月。修正后的月降水量與原始值見圖5-1–圖5-4所示。圖5-SEQ圖\*ARABIC\s11祁連山七一冰川站2012年各月原始降水量與修正后降水量對比柱狀圖七一冰川站位于祁連山東段，年降水量相對較小但修正增幅明顯。如圖所示，2012年該站1–4月及9–12月降水量很低（月原始降水不足10mm)，修正后略有增加。5–8月是主要降水期，原始月降水量50.7mm（5月）、83.9mm（6月）、126.1mm（7月）和55.1mm（8月），修正后分別為57.1mm、93.2mm、139.9mm和61.1mm，增幅較?。ㄐ拚始s10%以內）。相比之下，冬春季的相對修正幅度較大：例如3月原始6.9mm，修正后18.4mm，增加62.5%；10月7.6mm增至12.5mm，增加39.2%。全年方面，2012年七一冰川站原始降水382.9mm，修正后464.5mm，修正率21.3%。2011年該站降水偏多，原始404.8mm，修正后達532.2mm，修正率31.7%。兩年平均修正率約26%，表明在祁連山冰川高地，由于風雪漏測，傳統(tǒng)雨量計低估約1/4左右的降水。圖5-SEQ圖\*ARABIC\s12天山托木爾峰青冰灘72號冰川站2012年各月原始與修正降水量對比REF_Ref27482\r\h[14]72號冰川站2012年觀測期為全年1月1日到12月31日，原始年降水量622.7mm，修正后778.9mm，增加了20.1%。從圖中可見其月變化特征：4月和10月的修正幅度尤為顯著。4月份原始降水38.5mm，修正后高達68.0mm，增加了43.4%；10月17.0mm增至32.1mm，增加47.0%，為全年最高修正率。另外3月、9月、11月、12月等春秋冬季月份的修正率也都在20%以上。相比之下，5–8月夏季幾個月降水量較大但修正幅度很?。s10%以內），例如7月原始142.5mm，修正158.2mm，增幅不到10%。總體來看，72號冰川站年內降水主要集中在5–8月，原始值累計約476mm，約占全年原始降水的76%；經(jīng)修正后5–8月累計約530mm，占全年修正總量的68%。降水集中度與七一冰川類似，但年總量明顯更高。這與托木爾峰地區(qū)受西風氣流影響，夏季濕潤氣流帶來更多降水有關。此外，72號冰川站春秋季多大風降雪天氣，造成當月降水漏測較嚴重，需較大修正。統(tǒng)計顯示2012年該站4–9月降水（多為雨和濕雪）占全年82.4%，說明冬季純雪在全年比重不到18%，這部分雪由于風大捕獲率低，也是全年修正的主要來源。圖5-SEQ圖\*ARABIC\s13烏魯木齊河源1號冰川站（東天山）2012年8月至2013年7月逐月原始與修正降水量對比圖由于該站T200B自2012年6月安裝，從2012年8月開始有完整降水記錄，我們取2012.8–2013.7共12個月作為一個年周期。原始累計降水量569.2mm，修正后705.0mm，修正率19.2%。從圖4可見降水的季節(jié)變化：最大月降水出現(xiàn)在2013年7月，原始138.5mm，修正后153.8mm；其次是2013年6月（原始84.4mm，修正93.7mm）和2013年5月（73.2增至101.4mm）。這些夏季月份雖降水量大，但修正率僅約10–30%。而冬季月份降水量很小但修正率極高：例如2012年12月原始8.9mm，修正15.2mm，增加了41.4%；2013年1月1.6mm增至2.4mm（+33.3%）；2013年2月1.7mm增至2.4mm（+29.2%）。這些高百分比增幅雖數(shù)值不大，但反映出冬季低溫降雪在傳統(tǒng)雨量計中漏測近三成至四成。2012年秋季的9–10月也有較高修正率（25%和30%）。綜上，東天山烏魯木齊河源冰川區(qū)降水以夏季為主（約7月最多），冬季降水稀少但因大風等原因漏測比例大。全年校正后總量約705mm，比祁連山七一冰川多出50%左右，說明東天山高山區(qū)較祁連山更濕潤。這與東天山雖遠離季風但近距離接受西風和北冰洋水汽有關。同屬天山的72號冰川站比烏魯木齊河源站降水更多，可能因為其地處西天山迎風坡。而烏魯木齊河源站所在的東天山支脈相對處于背風位置，年降水略少，但兩站修正后年降水仍在同一量級。圖5-SEQ圖\*ARABIC\s14阿爾泰山喀納斯冰川站2012年12月–2013年9月原始與修正降水量對比圖喀納斯冰川站自2012年12月4日開始記錄，我們統(tǒng)計至2013年9月的連續(xù)10個月數(shù)據(jù)。該階段原始累計降水465.6mm，修正后525.2mm，增加了11.3%。由圖5可見，喀納斯站月降水分布與天山、祁連山有所不同：冬季（12月至翌年2月）降水并非微乎其微，原始值分別有24.8、19.9和12.2mm，經(jīng)修正略增至27.8、21.7和13.0mm，修正率僅約6–11%。這表明該站冬季雖冷但并非完全干燥，可能受西伯利亞冷空氣影響間有降雪，但由于風速很低（多數(shù)日低于0.5m/s），即使是降雪T200B也能捕獲絕大部分（捕獲率可達90%），因此冬季修正很小。春季3–4月該站降水量有所增加（原始32.5和12.1mm，修正后37.8和13.8mm）。主汛期在5–8月，原始月降水依次為54.9、100.1、87.7、72.8mm，修正后65.0、111.5、97.5、80.8mm，修正率為10–15%不等。其中6月原始降水最大（100.1mm），修正后111.5mm；7月次之（87.7增至97.5mm）。相較天山各站，這里的夏季降水高峰出現(xiàn)在6月而非7月，8月后降水迅速減少，顯示出典型的山區(qū)內陸性降水模式：初夏在高山觸發(fā)豐沛降水，入秋后降水驟減。整體，喀納斯站觀測期內5–8月降水約354.8mm（修正值，占總量67.6%）。這一夏季占比低于天山和祁連山各站（普遍>75%），說明喀納斯地區(qū)降水季節(jié)分配更均勻，冬半年有一定降水貢獻。這可能與其地理位置和緯度較高有關。另外，喀納斯站修正率明顯低于其他高海拔站點，僅11%左右，主要因為其風速較小、液態(tài)降水偏多（雨的捕獲本身幾乎無損失）。這一結果也印證了風對降水觀測誤差的決定性影響。5.1多站年際對比與空間分布利用上述修正后的年降水量數(shù)據(jù)，可對比不同冰川區(qū)的降水水平。2012年前后（2012年或2012/2013跨年）的結果顯示：托木爾峰72號冰川站年降水最高，約779mm，其次是烏魯木齊河源1號冰川站約705mm，再次是喀納斯站約525mm，祁連山七一冰川站最低，約460mm。盡管各站點的數(shù)據(jù)期不完全一樣，但總體顯示出西天山＞東天山≈阿爾泰＞祁連山的空間分布格局，這跟區(qū)域水汽來源以及地形抬升的情況有關聯(lián)：西天山處在中亞西風帶影響下的迎風坡，獲取更多來自大西洋跟地中海的水汽；東天山較為干燥，但依舊能獲得一部分源自北冰洋和西風的水汽；阿爾泰山靠近西西伯利亞平原，夏季亦有一定降水輸入；REF_Ref27554\r\h[15]而祁連山處在西北干旱區(qū)域邊緣，受季風作用的影響有限，相對情況下水汽輸送少，各站點夏季（5-8月）降水占全年的比重，范圍從喀納斯的67%到72號冰川的82%不等，但都比三分之二超出，呈現(xiàn)出高山內陸區(qū)降水顯著的季節(jié)性集中態(tài)勢。此情形在祁連山和天山顯得尤為明顯，鑒于冬季十分寒冷，少雪現(xiàn)象明顯，夏季頻繁出現(xiàn)雷暴，造成降水在夏季高度集結，七一冰川站兩年觀測的數(shù)據(jù)顯示，約70–75%的降水集中在5–8月，2012年，4-9月降下了72號冰川站82.4%的降水，較長的濕潤期或許跟它位置更靠西、更靠近濕潤氣流有關?？{斯站鑒于位置偏北，冬季降雪占有一定份額，所以夏季占比相對低一點，各個冰川區(qū)的年降水總量差異明顯，不過降水的季節(jié)分布模式近似，都在夏季出現(xiàn)峰值，高寒冰川區(qū)降水量的空間分布依舊受海拔的影響：一般情形下，海拔高的地方局地地形抬升作用比較強，降水量稍大。然而喀納斯站海拔雖最低，但年降水并不最少，說明大尺度氣候條件起主導作用。需要說明的是，以上比較基于短期數(shù)據(jù)，各站年際波動和系列代表性需更多年份驗證。例如2011年七一冰川站降水較2012年高出約50mm（修正后532mmvs464mm），顯示年際變化可能不小。如果幾年后再同步比較，排名和差異可能變化。但總體格局（天山>祁連山）預計較為穩(wěn)定，這也與歷年地面經(jīng)驗和雪線高低等證據(jù)相符。6存在的問題與不確定性分析盡管本研究通過先進儀器和方法提高了高寒冰川區(qū)降水觀測精度，但仍存在一些問題和不確定因素需要討論：(1)修正模型的不確定性：我們采用的捕獲率風速關系來源于加拿大平原地區(qū)的試驗。高寒山區(qū)的實際情況可能與之有所不同。例如降雪粒徑、風的紊流特征等差異都會影響捕獲率。由于缺乏現(xiàn)場DFIR對比，我們默認這些經(jīng)驗公式適用。如果實際捕獲率和模型有所偏離，修正后的降水量仍會有系統(tǒng)誤差。此外，我們將大部分降水按固態(tài)處理，可能對混合態(tài)或液態(tài)降水產(chǎn)生輕微過修正（但鑒于液態(tài)降水本身捕獲率高，影響很?。?。未來如果能在高山站點部署參考雨量計（如小型DFIR或雙套雨量計交替屏蔽對比），將更直接評估T200B的捕獲性能，從而改進模型參數(shù)。(2)風速測量代表性：我們借助站點處平均風速計算捕獲率，然而在復雜地形這樣的環(huán)境中，降水出現(xiàn)之際，雨量計口徑處的有效風場或許跟平均風有差別，好比強風來臨之際可能伴有湍流，造成部分降雪被吹出量器出口；峭壁、凹地等地形可對局部風場產(chǎn)生改變，我們的風傳感器安裝高度跟雨量計口徑高度基本一致，測出的風速近似可代表雨量計所在位置的風速，但還是存在一定的不確定性，若風速測量存在系統(tǒng)誤差，則修正量同樣會相應減小，為降低這類影響，能在關鍵階段（暴風雪）添加風場觀測，也可借助高頻數(shù)據(jù)評估湍流影響。(3)儀器運行及數(shù)據(jù)連續(xù)性：高寒無人區(qū)的自動站運行難免出現(xiàn)故障。REF_Ref27649\r\h[16]好比T200B振弦傳感器也許受極端溫度影響出現(xiàn)漂移，要按期進行比對校準，要是長期一直未校準，累計降水量也許有偏差，處理數(shù)據(jù)的過程中，我們假定儀器校準效果良好，再如冬季積雪把雨量計掩埋、野生動物撞擊設備等，或許會造成數(shù)據(jù)缺失或者異常，本研究期間，我們進行了必需的數(shù)據(jù)質量把控，但也許還是會遺漏細小的誤差，未來可考慮在關鍵站點增設備用測量方式，就如并行安裝翻斗式加熱雨量計當作參考，也能采用人工定期測量降雪（雪深、雪水當量）的方式驗證自動儀資料。(4)固態(tài)降水觀測的其他誤差：除由風引起的漏測情形外，固態(tài)降水仍有潛在的測量盲點，就例如極細微的飄雪（降水強度極微弱時）可能無法拉動振弦傳感器去記錄，引起微量降水記錄缺失。但這部分對累積影響很小。另外，暴風雪時即使DFIR也難免有部分降雪顆粒逃逸，因此所謂“真值”本身也有誤差，大約在5–10%。故而我們修正后的降水量能認為接近“真實”，但并非百分百真實，降水類型判斷出現(xiàn)偏差也會引入誤差，要是把混合雨雪當成純雪去處理，大概會稍微高估降水的量，不過鑒于T200B漏測雨的數(shù)量不多，這方面所產(chǎn)生的影響相對次要。(5)代表性與推廣：本研究只是選取了有限的幾個冰川站點，是否可代表整個高寒山區(qū)的降水情況，仍需小心判斷，山區(qū)降水體現(xiàn)出極大的空間變異，我們的監(jiān)測網(wǎng)絡雖然把三大山區(qū)覆蓋了，但站點在海拔和環(huán)境方面差異明顯，各山谷和坡向的降水量也許差別十分顯著。在把這些結果拿去進行流域水資源評估時，要考慮空間插值與偏差校正，T200B儀器售價偏高，維護得要專業(yè)人員，大范圍推廣應用時存在成本和技術的相關門檻，怎樣兼顧觀測精度與成本，在重要區(qū)域布置充足的站點，也是未來需要權衡的事兒。盡管我們采用校正顯著提升了冰川區(qū)降水數(shù)據(jù)質量，但仍需全面認識上述不確定性，在往后工作開展進程里，可采用改進觀測與模型方法，進一步緩和這些不確定因素對結果形成的影響。7結論與展望主要結論：本研究針對高寒冰川區(qū)降水觀測誤差問題，利用T200B稱重式雨雪量計建立了祁連山、天山和阿爾泰山的降水監(jiān)測網(wǎng)絡，并采用WMO推薦方法對固態(tài)降水漏測進行修正，取得以下認識：高寒冰川區(qū)傳統(tǒng)降水觀測低估明顯。由于風引起的固態(tài)降水損失，各高山站點未經(jīng)修正的降水量普遍偏低。祁連山七一冰川站2011–2012年原始降水較修正值低20–30%；天山烏魯木齊河源1號冰川站和托木爾峰72號冰川站低估約20%；阿爾泰山喀納斯站低估約10%。REF_Ref26329\r\h[1]這說明在無防風措施情況下，高寒山區(qū)雨量計對降雪的捕獲率僅約70–90%，需要校正提高。降水的季節(jié)分布高度集中于夏季。各典型冰川站修正后的降水序列顯示出一致的季節(jié)變化特征：5–8月為主要降水期，貢獻全年降水的2/3以上。冬季（12–2月）降水量極少，即使考慮漏測也難改變這一格局。這意味著高寒內陸地區(qū)的水資源補給主要發(fā)生在夏季，對應冰川消融和徑流高峰時期?？臻g上西部濕潤、東部相對干旱。在我們分析的時段內，西天山托木爾峰冰川區(qū)年降水接近800mm，為各站之最；東天山烏魯木齊河源區(qū)約600–700mm，阿爾泰山喀納斯區(qū)約500–600mm，祁連山東段約450–500mm?？傮w為自西向東遞減趨勢，反映大尺度水汽輸送格局。REF_Ref27760\r\h[17]海拔可影響降水的絕對量，但并非為唯一的要素，好比喀納斯站海拔最低，不過降水并非最低值，體現(xiàn)出區(qū)域氣候背景的重要性更顯著。T200B雨雪量計可穩(wěn)定獲取高寒地區(qū)的降水量，配合恰當修正可趨向真實數(shù)值，T200B在寒冷至極的環(huán)境中運行穩(wěn)定，可記錄連貫不間斷的降水過程，經(jīng)與WMO標準對比完成關系校正后，各站降水數(shù)據(jù)在合理空間內實現(xiàn)增長，與周邊氣象、水文資料相契合，好比修正后的七一冰川站，其年降水約460mm，跟歷史進行的推算值相符；烏魯木齊河源1號冰川站降水量約700mm，跟同期該區(qū)域雪積累觀測一致，這說明我們的修正手段是有效的。展望與建議：本研究為高寒冰川區(qū)的降水觀測提供了有用資料與改良思路，但依然有繼續(xù)工作的空間：拓展長期監(jiān)測和站點覆蓋：提議持續(xù)讓網(wǎng)絡運作并拓展高寒山區(qū)降水觀測規(guī)模，積累時間上更長久、區(qū)域上更多元的數(shù)據(jù)，好比在青藏高原腹地、帕米爾高原等目前仍舊缺少可靠降水數(shù)據(jù)的高海拔區(qū)域，不妨試著部署類似裝置，長期監(jiān)測有利于探究氣候變化條件下降水的趨勢與變率。加強觀測設備改進：不妨為關鍵站點配置兩套降水計，依靠相互比對實時校正捕獲率。從技術上，也可嘗試引入新型傳感器，如激光雪粒子探測儀、微波輻射計等，與稱重式雨量計融合，綜合估計降水相態(tài)和強度，提高測量準確度。REF_Ref27812\r\h[18]深入研究降水相態(tài)影響：氣候變暖有概率使高寒地區(qū)降水由雪轉成雨的比例加大，這對水資源和冰川積累影響重大，未來要把溫度、降水粒子譜等數(shù)據(jù)結合起來，優(yōu)化不同相