科罗拉多河流域是美国西南部的重要水源，为4000万人提供水源，包括美国和墨西哥的居民。
干旱和过度使用已将这条河流推向危机，水的需求远超其可用量。
这条长达1450英里的河流几乎所有的水源来自于科罗拉多上游流域的雪融水，而该地区毗邻常年干旱的土地，频繁地将尘埃吹到山体的雪盖上。
深色的雪会吸收更多阳光，加速融化，导致雪盖提前减少，使得下游社区面临干涸的风险。
目前，尚无融雪模型能考虑尘埃的影响，这对依赖准确估算的水资源管理者而言是一个重大问题。
由犹他大学主导的一项研究首次提出了一种强大的遥感数据集，以实时提供雪盖变暗的时机和强度，以及其对科罗拉多流域融雪速率的影响。
该研究首次捕捉到尘埃对为科罗拉多河系统提供水源的水头区域的深远影响。
研究人员分析了23年的每日卫星图像，以观察2001至2023年融雪季节四月和五月之间尘埃沉积导致的雪变暗的模式。
研究结果揭示，尘埃驱动的融雪在中南部落基山脉的中等海拔地区通常会最早达到峰值，并且最为强烈。
总体而言，尘埃加速了每年春季的融雪，即使在尘埃较少的年份。
在观察站测得的春季融雪率通常约为每天10-15毫米。
新研究发现，在阳光最强烈的时段，尘埃沉积可加速融雪，每小时达到水当量1毫米。
在高尘埃年份，这种暗化效应每天可以增加至10毫米的融雪。
“影响的关键不仅在于季节内沉积的尘埃量，还在于尘埃沉积的时机，”本研究的首席作者、犹他大学博士候选人帕特里克·纳普尔（Patrick Naple）表示。
“尘埃非常有效地加速融化，因为它通常在春季沉积，此时白昼变长，阳光越来越强。
即使只有每小时多出一毫米的融雪，雪盖也可能会比没有尘埃沉积时早消失几周。”
作为迄今为止对尘埃驱动的融雪最全面的评估，该研究的洞见可能有助于更准确地理解尘埃对整个流域的影响，并改善在气候变化和人口压力下对水资源的预测和分配。
“尘埃导致的暗化程度与水资源预测误差有关。
水来的比预期早，这会对现实产生影响。例如，如果土地仍然冻结，农民就无法使用水。
水库管理者可以存储融雪水，但他们需要信息来进行相应的计划，”犹他大学副教授、共同作者麦肯齐·斯基尔斯（McKenzie Skiles）表示。
“如果我们能够开始将尘埃纳入融雪预测模型，这将使水资源管理决策更加明智。”
该研究于2025年3月9日发表在《地球物理研究快报》上。
“天上之眼”
春季暴风雪将来自科罗拉多高原的丰富红尘扬起，远道而来，直至到达山坡，沉积在雪盖上。
尘埃使本来明亮的雪面变暗，从而导致融化加快。
之前的研究已经记录了在单个研究地点的尘埃驱动融雪情况，但没有研究涉及的区域范围如科罗拉多河的水头那样广泛，跨越多个州。
为了获得更深入的分析，研究人员基于斯基尔斯与合著者托马斯·佩因特（Thomas Painter）和安妮·伯吉斯（Annie Burgess）于2012年提出的概念进行了扩展，该概念利用卫星资料遥测雪的变暗情况。
他们使用了搭载在地球上空的Terra卫星上的中等分辨率成像光谱仪（MODIS），该仪器每天记录从下方景观反射的多波长太阳辐射，以构建土地表面特征的详细地图。
研究人员关注地面反射的太阳辐射能量，称为反照率（albedo）。
表面越亮，反照率越高，反射的能量也越多。
表面越暗，反照率越低，吸收的能量越多。
在所有土地覆盖类型中，雪自然具有最高的反照率。
作者开发了两种算法：一种量化尘埃降低每一单个卫星图像像素的反照率，另一种计算尘埃带来的额外能量对融雪速率的影响。
尘埃的成因
数据也带来了意外。
研究期间后半段（2014-2021年）的尘埃驱动融雪略低于前半段（2001-2013年）。
“我们相当惊讶，因为美国西部在干旱持续，过去几十年里该地区变得越来越干燥，”纳普尔表示。
“直觉上，你会想，如果土壤更干燥，尘埃排放会更多，但事实并非如此。”
尘埃沉积在雪上的事件取决于多个因素在适当时机汇聚在一起；风速、土壤水分、植被、地表干扰和降水时机将决定有多少尘埃被吸附和运输。
尽管没有确凿的证据，作者认为，根据同事的研究，尘埃源地区可能存在更多植被和较低的风速。
导致尘埃影响降低的因素可能与气候变异有关，但20年的时间跨度太短，无法捕捉气候级别的模式。
“我们可以利用遥感数据实时估计任何给定尘埃事件对雪盖的影响，但因为我们无法预测会出现大规模的尘埃事件，所以这并不能提供太长的提前时间，”斯基尔斯说。
“如果我们更好地理解尘埃排放的驱动因素，我们便能预测其对整个季节雪盖的影响。”
还需要进一步研究将土地使用变化、气候规模变异及其他影响尘埃排放和运输的因素联系起来。
“从沉积物核心记录中，我们知道这个地区的尘埃沉积在现代西部定居后激增。这告诉我们，今天看到的尘埃水平与人类活动直接相关，”斯基尔斯表示。
“如果我们能够追踪该地区持续的土地使用变化和地表干扰，或许就能更好地预测大规模的尘埃事件。”
其他作者包括犹他大学的奥托·朗（Otto Lang）、科罗拉多大学博尔德分校的卡尔·瑞特格（Karl Rittger）和塞巴斯蒂安·勒纳德（Sebastien Lenard）、蒙大拿州立大学的安妮·伯吉斯（Annie Burgess）以及加利福尼亚大学洛杉矶分校的托马斯·佩因特（Thomas Painter）。
本研究得到了NASA地球科学跨学科科研项目（80NSSC20K1672）的资助，以及来自北极阿尔卑斯研究所、雪今日、国家雪和冰数据中心以及科罗拉多大学研究计算资源的支持（NASA资助80NSSC18K0427、80NSSC22K0703、80NSSC22K0929）以及犹他大学高性能计算中心的支持。
该研究于2025年3月9日以“尘埃在雪中的辐射强迫及其对科罗拉多河流域融雪的贡献”（DOI 10.1029/2024GL112757）在《地球物理研究快报》上发表。
图片源于：https://attheu.utah.edu/facultystaff/major-dust-up-for-water-in-the-colorado-river/
