青藏高原多年冻土活动层土壤水分对高寒草甸覆盖变化的响应

对青藏高原高寒草甸30%、60%和93%三种覆盖度下,多年冻土活动层的土壤水分随季节变化的观测研究,结果表明:多年冻土活动层土壤水分分布对植被覆盖变化响应强烈.年内不同时期,植被覆盖度为65%和30%的土壤表层20cm深度内水分含量及分布相似,每次降水后30%覆盖度土壤水分的变率略大于65%覆盖度的;而93%覆盖度土壤水分在年内解冻开始到冻结前均小于前两种覆盖类型;植被覆盖度越小,土壤冻结和融化响应时间越早,响应历时也越短;浅层土壤冻结和融化对植被覆盖度的响应程度较强,接近深层土壤冻结和融化对植被覆盖度的响应程度降低.覆盖度为30%和65%土壤水分在整个冻结过程的减少幅度比93%覆盖度土壤大10%～26%,而融化期水分增加幅度更大为1.5%～80%;土壤冻融的相变水量对植被覆盖度变化响应明显,植被覆盖度降低,土壤冻结和融化相变水量增大.由于受植被蒸腾与地表蒸散发和土壤温度梯度的影响,融化期土壤剖面的水分重新分配,总体上呈现水分向剖面上部和底部迁移,剖面中部60～80cm深度左右的土壤出现"干层".

ERA-Interim地表温度资料在青藏高原多年冻土区的适用性

地表温度综合反映了大气和地表植被、土壤等局地因素相互作用的能量交换状况,是许多冻土分布模型和寒区陆面过程模式的上边界条件,对多年冻土分布和活动层厚度估算具有重要意义。为了检验ERA-Interim再分析地表温度资料在青藏高原(下称高原)多年冻土区的适用性,综合比较了2011年1月1日至2012年12月31日期间高原不同类型多年冻土区3个综合观测场的观测地表温度和ERA-Interim再分析资料之间的偏差、均方差、相关系数、解释方差、均方根误差和平均绝对误差。结果表明,ERA-Interim再分析资料能较好地再现高原多年冻土区3个综合观测场地表温度的基本特征,并能较好地描述高原地表温度的季节变化。但ERA-Interim再分析年平均地表温度比观测值偏低,西大滩、五道梁和唐古拉站依次偏低1.7,1.0和0.9℃;地表温度的再分析值和观测值之间的相关系数和解释方差都较高,均方差也相近。ERA-Interim再分析地表温度资料对观测站点相对稀少且空间分布不均匀的高原多年冻土区具有较好的适用性,可以作为地表温度的有效代用资料。

青藏高原唐古拉地区暖季土壤水分对地表反照率及其土壤热参数的影响

为了研究青藏高原暖季土壤水分对冻土区地表热状况的影响,选取2010-2012年5-9月在青藏高原唐古拉气象场获取的气象及其活动层数据,分析了表层土壤水分对地表反照率以及土壤热参数的影响.结果表明:唐古拉站暖季表层土壤含水量集中在0.15~0.27之间,地表反照率值集中在0.14~0.24之间,日平均土壤热导率的波动范围在0.9~2.0 W·m^(-1)·K^(-1)之间,土壤热容的波动范围主要集中在0.8×10~6~1.8×10~6J·m^(-3)·K^(-1)之间,而土壤热扩散率则主要集中在0.6×10^(-6)~2.2×10^(-6)m^2·s^(-1)之间.土壤水分对地表反照率影响较大,随着土壤水分的增长,地表反照率呈现出明显的减小趋势.土壤水分对地表反照率的影响还受到植被生长周期的影响,土壤水分和地表反照率之间的关系在植被枯萎期和生长期有明显的差异性.唐古拉地区土壤热参数也明显受到土壤水分变化的影响,随着土壤水分的增加,土壤热导率、热容和热扩散率都为增大趋势,但是土壤水分对土壤热导率的影响较为显著,而对土壤热扩散率的影响则不显著.

青藏高原唐古拉垭口地区小气候特征

利用中国科学院青藏高原冰冻圈观测试验研究站唐古拉站点2005年的气象资料,分析了该地区的小气候特征.结果表明:各辐射量呈现明显的季节特征,反照率冬春季节较强,夏季较弱,年平均反照率为0.31;气温、比湿、气压及地温等变化均呈现夏季高,冬春季低,而风速冬季高于夏季.无论干季(且活动层冻结)还是湿季(且活动层融化),夜晚或清晨由于长波辐射冷却,近地表出现冷中心,形成逆温,大气趋于稳定,湍能活动受到抑制,风速变小,水汽输送也相应变弱,形成高比湿中心;白天加热地表形成热中心,近地表温度较高,湍能增强,风速增强,水汽输送也相应变强烈,形成比湿的低值中心.

ERA-Interim地表温度数据集在青藏高原冻土分布制图应用的适用性评估

地表温度综合反映了大气、植被和土壤等因素的能量交换状况,是冻土分布模型和一些寒区陆面过程模式的上边界条件,对多年冻土分布制图和活动层厚度估算有重要意义.为了评估ERAInterim地表温度产品在青藏高原地区的适用性,综合比较了青藏高原69个海拔2 000 m以上气象站1981-2013年地面实际观测值与ERA-Interim之间的差异及其分布状况.结果表明,两种资料的变化趋势一致,但是ERA-Interim地表温度在数值上与实际观测值差别显著,平均偏低7.4℃.原因之一可能是由ERA-Interim再分析资料格点的海拔高度与气象站实际海拔高度差异引起的.根据两种温度产品之间海拔的差异,对ERA-Interim地表温度重新进行模拟,经过模拟后的ERA-Interim地表温度与实际观测值的差值在大部分气象站变小,平均偏高0.4℃.因此,经过重新模拟的ERA-Interim地表温度基本能够反映青藏高原地表温度的真实情况.以模拟后的ERA-Interim地表温度作为地面冻结数模型的输入参数模拟了青藏高原冻土分布,结果表明青藏高原多年冻土区面积为1.14×106km2,季节冻土区面积为1.43×106km2.

多年冻土区活动层冻融状况及土壤水分运移特征

利用位于典型多年冻土区的唐古拉综合观测场2007年9月1日—2008年9月1日实测活动层剖面土壤温度和水分数据,对多年冻土区活动层的冻结融化规律进行研究;同时,对冻融过程中的活动层土壤液态水含量的变化特征进行分析,探讨了活动层内部土壤水分分布特征及其运移特点对活动层冻结融化过程的影响.结果表明:活动层融化过程从表层开始向下层土壤发展,冻结过程则会出现双向冻结现象.一个完整的年冻融循环中活动层冻结过程耗时要远远小于融化过程.活动层土壤经过一个冻融循环,土壤水分整体呈现下移的趋势,土壤水分逐步运移至多年冻土上限附近积累.同时,土壤水分含量和运移特征会对活动层冻融过程产生显著的影响.