基于GIPL2模型的青藏高原活动层土壤热状况模拟研究

青藏高原活动层土壤热状况,对深入了解高原活动层的厚度变化特征、下垫面的热力作用以及对气候变化预测均有重要意义。利用GIPL2模型模拟青藏高原多年冻土区不同植被状况下活动层土壤热状况。模拟结果表明:模型在高寒草原(QT06)试验点模拟效果较好,高寒沼泽草甸(QT03)试验点的模拟效果较差,高寒草甸(QT01)、高寒荒漠草原(QT05)和高寒草原化草甸(QT04)试验点的模拟效果介于高寒草原试验点和高寒沼泽草甸试验点之间。QT01、QT03、QT04、QT05和QT06的土壤温度模拟值与观测值相比,均方根误差分别为0. 67、1. 29、0. 73、0. 7和0. 56℃;相关系数分别为0. 99、0. 87、0. 98、0. 98和0. 96;平均误差分别为0. 37、0. 61、0. 31、0. 45和0. 16℃。QT06模拟结果较好,原因在于此点土壤质地变化不大,模型的分层与所取的参数更加接近此点的实际状况。QT03模拟结果较差,可能由于此地区土壤中存在砾石,在导热率参数化方案中没有考虑砾石含量,导致模拟结果偏差较大。总体而言,GIPL2模型对青藏高原活动层土壤热状况的模拟具有一定的优势,是一种模拟多年冻土区活动层土壤热状况较为理想的模型。

基于GIPL2对阿拉斯加多年冻土不同深度地温的模拟研究

准确模拟多年冻土地温变化,对深入了解多年冻土土壤温度变化特征、不同下垫面条件的土壤热物性以及对气候变化预测均有重要意义。运用GIPL2模型模拟阿拉斯加不同土壤类型地温,并对其实用性进行了评估。模拟结果表明:在土壤粒径较大的区域,用模型的默认参数可以模拟出土壤温度随季节变化的趋势,且在浅层的模拟值比深层更接近观测值,当深度超过0.5 m时模拟值与观测值存在较大的误差。在土壤质地复杂的区域由于土壤含水率等一系列参数对模型的影响,要准确模拟试验点的温度变化,需要可靠的观测数据。在同一地点安装气象站点和土壤参数传感器来监测多年冻土,可以为评估多年冻土热状况对气候持续变化的响应提供必要的数据。总体而言,当有足够的数据支撑时,GIPL2模型对土壤热状况的模拟精度较好,是一种模拟多年冻土区不同深度土壤热物性较为理想的模型。

青藏高原工程走廊3个监测点多年冻土温度序列重建

连续、长时间序列的多年冻土温度数据在开展气候变化对多年冻土的影响及其生态、水文效应研究中有着重要的科学意义.本文利用西大滩、五道梁、唐古拉3个观测点的实测地温数据首先对多年冻土模型及其参数化方案进行了验证、优化和标校,以实测数据和经过校正的CMIP6逐月5 cm地表土壤温度数据作为模型的驱动数据,模拟了3个观测点1900~2019年多年冻土地温变化,并对1920年以后的模拟温度变化序列进行分析.结果表明:(1)多年冻土模型对处于地温年变化深度以下地温的模拟误差低于0.1℃,表明模型对于多年冻土的热状态具有较好的模拟能力;(2)1920~2019年西大滩、五道梁、唐古拉各模拟深度的年平均温度均呈现升温趋势,年地温变化(15 m)处的平均升温速率为0.07℃/10 a(0.05~0.09),不同深度岩土层的热状态对气候变化具有不同的响应时间,深层地温对气候变化的响应相较于浅层有20年左右的滞后;(3)多年冻土上限下降速率相差不大,平均为0.6 cm/a;多年冻土下限的上升速率分别为13.4、4.0和4.0 cm/a;多年冻土厚度分别减少13.9、4.6、4.7 m;(4)3个观测点多年冻土对气候变化的反应存在差异,处于多年冻土北部下界附近西大滩的多年冻土相对不稳定,对气候变化反应剧烈,而处于连续多年冻土区的五道梁和唐古拉多年冻土相对稳定.本研究重建的不同深度100年月尺度地温变化序列可以较好地反映青藏高原多年冻土温度的变化历史,与近40年来观测到的多年冻土变化的实际情况较为一致.地温序列是对目前青藏高原多年冻土地温数据时间短、连续性差的补充和完善,可被用作研究青藏高原多年冻土热状态变化的重要参考数据.