2002—2020年青藏高原近地表土壤日冻融循环时空变化模式

青藏高原近地表土壤的日冻融循环极大地影响着土壤和大气之间的水分与能量交换,研究其时空变化模式对深入理解青藏高原生态环境的气候变化响应具有重要意义。本文基于MODIS、AMSR-E、AMSR-2遥感数据等资料,获取AMSR系列传感器在青藏高原的昼夜校准系数,利用Fourier非线性模型实现AMSR微波辐射产品与MODIS热红外地表温度产品的融合,生成每日1 km分辨率近地表土壤日冻融状态结果,开展2002—2020年青藏高原近地表土壤日冻融循环时空变化模式研究。结果表明:①相比于面向全球的校准方法,本文改进的AMSR系列传感器校准方法更适合于青藏高原地区。利用Fourier非线性模型融合后获得的土壤冻融产品在提升分辨率的同时日冻融判别精度达80.96%,相较于未融合结果准确性提高3.95%。②青藏高原近地表土壤季节性冻融过程中的日冻融循环发生天数空间上存在显著差异性,其中藏南区域与青海高原发生天数最高,时间上存在周期性,呈升温时向西北转移,降温时向东南转移。③2002—2020年青藏高原不同区域年内日冻融循环发生天数变化趋势不同,藏北高原、藏南高山及藏东区域呈增加状态,青海高原呈减少状态。④青藏高原连续日冻融循环起始时间点存在区域差异,总体上解冻过程中起始时间点由东向西逐渐推迟,冻结过程起始时间点由西向东逐渐推迟;2002—2020年近地表土壤连续日冻融循环起始时间点在解冻过程中提前0.17 d/a,冻结过程中提前0.18 d/a。

青藏高原表层土壤的日冻融循环

由于土壤与大气之间的能量和水分交换主要发生在界面层,因此在研究地气相互作用时,浅层土壤的冻融状况尤为重要.根据中日国际合作项目CEOP/CAMP-Tibet的观测结果分析发现,就青藏高原中部那曲附近而言,表层土壤真正冻结的日数较少(1个月左右).而存在日冻融循环过程的日数则较多(6个月左右).土壤冻融状态的频繁变化,会极大地影响土壤和大气之间的水分和能量的交换过程.指出土壤在不同状态(完全消融、完全冻结和存在日冻融循环)下,土壤与大气之间的相互作用过程是个值得深入研究的问题.

青藏高原唐古拉多年冻土区冻融循环过程中的能量平衡特征

青藏高原多年冻土区冻融循环过程对地表能量及其分配的影响研究相对较少,青藏高原唐古拉站多年冻土的实测资料,依据10 cm土壤温度划分浅层土壤冻融循环的各个阶段并结合能量闭合率、地表能量各通量等数据探讨浅层土壤冻融循环过程与地气间水热交换过程之间的影响。结果表明:浅层土壤冻融循环过程各阶段均受气候变化的影响,其融化过程起始时间提前同时冻结过程起始时间推后,完全融化阶段持续时间增加,且逐渐接近完全冻结阶段持续时间;在浅层土壤不同冻融状态下,能量闭合率差值较大,其中完全融化阶段能量闭合状况普遍好于完全冻结阶段;净辐射值在完全融化阶段高于完全冻结阶段,净辐射在完全冻结阶段主要转化为感热通量,在完全融化阶段主要转化为潜热通量,地表土壤热通量在完全融化阶段为正值,在完全冻结阶段为负值。

青藏高原中部典型下垫面活动层水热动态及其热扩散率研究

多年冻土活动层,尤其是浅层土壤的水热传输机制,以及冻融过程的时空异质性是研究地-气间能水交换的关键。利用位于青藏高原中部的唐古拉和通天河两个活动层观测场2013年的土壤温度和水分数据,比较了不同下垫面浅层土壤日冻融循环过程的差异,以及不同冻融阶段的地温日变化及热扩散率特征。结果表明:根据一日之内地温的正负波动,浅层土壤的冻融过程可以划分为解冻期、完全融化期、始冻期和完全冻结期四个时期,其中解冻期和始冻期统称为日冻融循环发生期。解冻期的持续天数和深度明显高于始冻期,高寒草原的日冻融循环天数和发生深度明显高于高寒草甸。浅层土壤(0~20cm)日地温变化普遍呈现明显的正弦波动趋势,且不同冻融阶段的振幅差异较大,由于相变的缘故,解冻期的日地温变化振幅最小。高寒草甸的日地温振幅显著低于高寒草原,说明日地温动态与土壤质地和土壤水分密切相关,植被作为热绝缘层,减弱了地温对气温波动的响应。地表下5~10cm的热扩散率显著大于10~20cm深度,且5-10月融化季的热扩散率显著大于冻结季。热传导对流方程可以描述多年冻土区典型下垫面在季节冻融循环周期内不同月份的水分迁移方向。