青藏高原土壤湿度-气候相互影响研究进展

土壤湿度作为一个具有“记忆性”的重要气候变量,可以通过改变地表的能量和水分交换,进而影响局地乃至全球的大气环流,因此受到全球气候观测系统计划的重视。近年来青藏高原土壤湿度观测网（站）建设发展迅速,为局地陆气相互作用研究提供了可靠的数据支撑。本文从不同的土壤湿度资料在青藏高原的适用性、高原土壤湿度的时空变化特征及其对气候的影响综述了近年来的国内外研究进展。由于土壤湿度在时空上的高度变异性,现有相关研究大多使用再分析资料、陆面数据同化资料和卫星遥感数据来补充观测资料进行青藏高原土壤湿度与气候的相互影响研究。但模式选择、算法和实验方案的不同,导致青藏高原土壤湿度的补充资料适用性不同,使得前人对高原土壤湿度如何影响中国及全球气候得出不同结论,故相关问题需要进一步讨论,并提出了后期青藏高原土壤湿度研究需要解决的关键问题。     

1980-2012年青藏高原土壤湿度时空演变特征

基于美国气候预测中心（CPC）土壤湿度资料和80个青藏高原气象观测站的降水、气温资料,对青藏高原土壤湿度时空演变、突变,及土壤湿度与降水、气温的关系进行了分析.结果表明：青藏高原土壤湿度呈自东南向西北递减的分布特征,土壤湿度与降水量在空间上有很好的对应关系,在时间上存在2~4个月的时滞相关.1980-2012年高原土壤湿度呈显著增多趋势,土壤湿度变化发生突变的年份为2003年.在土壤湿度变化过程中,降水和气温的作用明显,5-10月降水量和1-6月气温是影响高原土壤湿度变化的主要因素.5-10月降水量决定了多水期的土壤湿度,而多水期土壤湿度和1-6月气温共同决定了少水期的土壤湿度.     

1961-2010年青藏高原降水时空变化特征分析

利用青藏高原69个气象台站的降水量资料,采用旋转经验正交函数分析（REOF）、线性趋势分析和累积距平法,系统地研究了1961-2010年青藏高原降水的时空变化规律,揭示了青藏高原不同区域降水变化的差异性.研究表明：近50 a来青藏高原降水量总体呈现增加趋势,增长率为6.7 mm·（10a）^-1;青藏高原降水季节分配极不均匀,雨季和旱季非常明显,雨季降水占有主导作用;青藏高原降水由东南向西北递减,而且年际变化具有一定的多元化特征;青藏高原降水量变化空间分布差异显著,采用REOF法将整个高原划分为10个小区,每个小区降水变化都具有不同的特征,除了青海东北部区和青海东南部-川北区降水呈减少趋势外,其他8个小区降水均呈增加趋势.     

1981-2010年青藏高原积雪日数时空变化特征分析

全球气候变暖大背景下, 作为冰冻圈最为活跃和敏感因子, 青藏高原积雪变化备受国内外关注. 本文利用青藏高原(以下简称高原)1981-2010年地面观测积雪日数资料, 较系统地分析了近30年来高原积雪日数的时空变化特点. 主要结论如下: (1) 近30年内高原平均年积雪日数出现了非常显著的减少趋势, 减少幅度达4.81 d·(10a)^-1, 其中冬季减幅最为明显, 为2.36 d·(10a)^-1, 其次是春季(2.05 d·(10a)^-1), 而夏季最少(0.21 d·(10a)^-1); (2) 30年间, 积雪日数较少的年份多数出现在本世纪初10年内, 且2010年属于异常偏少年, 高原积雪日数在1997年左右发生了由多到少的气候突变; (3) 在空间上, 北部柴达木盆地及其附件区域部分气象台站观测的年积雪日数出现了不显著的增加趋势之外, 高原91.5%的气象站年积雪日数呈减少趋势, 且高寒内陆中东部和西南喜马拉雅山脉南麓等高原历年积雪日数高值区域减少最为明显; (4) 由于受到气象台站所在地理位置、地形地貌、地表类型、海拔高度、局地气候以及大气环流等综合影响, 高原平均年积雪日数的空间差异很大, 最多达146 d, 最少的则不足1 d, 平均仅为38 d, 其中高寒内陆中东部是积雪日数最长的区域, 而东南部海拔和纬度较低的干热河谷地区积雪日数最少.     

青藏高原第四纪钾盐矿时空分布特征 及成矿控制因素

青藏高原是中国钾盐的重要产地,钾盐矿产主要分布在柴达木盆地和羌塘高原内陆湖盆区,从北到南盐湖水化学类型具有明显的分带,柴达木盆地区盐湖水化学类型为硫酸镁-氯化物型,钾盐矿产具有成盐多期性,以卤水钾盐为主,固液并存;羌塘高原内陆湖盆区盐湖水化学类型为碳酸盐-硫酸盐型,钾盐主要存在于卤水中。在综合分析青藏高原钾盐矿产时空分布的基础上,进一步分析青藏高原钾盐矿产成矿的控制因素有成矿物质来源、构造地貌及气候,其中成矿物质主要来源于地层和深部水的补给,构造地貌决定物质的搬运富集,气候决定矿产的形成和保存。     

青藏高原及邻区层控型铅锌矿时空分布特征

青藏高原古生代—中生代复杂的多岛弧盆系演化和新生代高原急剧隆升的构造格局造就了层控型铅锌矿特定的时空分布和成矿作用的分带性。在不同类型的构造单元内具有特征的成矿专属性和矿床类型。青藏高原及周缘层控型铅锌矿有多时代成矿的特点,寒武系和泥盆系是主要赋矿层位。古生代—中生代铅锌矿含矿层岩相古地理具有多样性,以台地相作为控矿优势相,尤其以白云岩作为容矿岩石的矿床居多。另外新生代地层作为主要容矿层之一,发育有大型甚至特大型的层控铅锌矿体,为低温热卤水运移充填矿床。推测青藏高原在新生代快速隆升是该类矿床富集成矿的重要控矿因素。随着研究的深入和勘查的进展,这种新生代矿床将在该区显示出巨大的找矿潜力。     

1980—2020年青藏高原积雪时空变化特征

青藏高原是气候变化的敏感区,其积雪在区域水文循环和气候系统中具有重要作用。本文利用1980—2020年逐日无云积雪覆盖遥感数据,分析了该地区近40年的积雪面积、积雪覆盖日数的分布特征和变化趋势。结果表明：青藏高原地区积雪分布具有明显的空间分异和垂直地带性分布特征,阿姆河流域、印度河流域、塔里木盆地、恒河流域、怒江流域和雅鲁藏布江流域的高海拔山区是积雪广泛分布的地区。在水文年内,高原地区积雪覆盖率呈单峰变化,8月上旬积雪面积最小,1月中下旬达到最大,分别占高原总面积的5.2%和38.6%;40年间,高原地区平均积雪面积以3.9×10⁴ km²·(10a)^-1的趋势显著减少(P<0.05);积雪覆盖日数以0.47 d·a^-1的趋势显著减少,高原71.4%的区域积雪覆盖日数呈减少趋势,呈显著减少的区域约占55.3%;17.1%的区域积雪覆盖日数呈显著增加趋势,且主要分布在5 200 m以上的高海拔山区,在海拔5 200～5 900 m之间的区域,积雪覆盖日数的增加率随海拔升高而增加。     

青藏高原近南北向裂谷的时空分布特征及动力学机制

青藏高原南部发育的一系列近南北向裂谷是印度-欧亚大陆持续挤压作用下的大型伸展构造,也是揭示高原后碰撞构造演化过程的重要对象。目前,关于南北向裂谷的形成机制存在多种假说模型,并对裂谷时空分布特征做出了不同的预测,这成为约束裂谷成因机制的关键条件。综合关于裂谷启动时间的已有研究成果,进一步梳理了南北向裂谷的时空分布特征,结果表明近南北向裂谷的启动时间似乎具有自西向东逐步减小的趋势,这与拉萨地体广泛出露的后碰撞岩浆作用演化过程一致。在此基础上,结合地球物理观测,推断近南北向裂谷的动力学机制与印度板片向东拆离假说最为契合。印度板片自西向东的拆离建立了向东传播的重力势能梯度,从而驱动岩石圈向东流动,最终导致南北向裂谷依次向东发育。     

1971-2010年青藏高原冬季降雪气候变化及空间分布

利用青藏高原55个气象站1971-2011年冬季（12月-翌年2月）逐月降雪量资料分析了冬季降雪的气候特征,得到高原冬季降雪总体上呈现东部和南部多、西北部和雅鲁藏布江中段少雪的分布特征,相对变率分布与降雪的分布几乎相反且变率大,以30°N为界高原降雪存在南北反相的变化趋势即北部降雪有所增加而南部减少.用旋转经验正交函数REOF结合相关分析进行降雪分区的基础上,重点分析了近40 a来高原降雪的演变特征和长期气候趋势.结果表明：降雪分布清楚地反映了高原的地理特征和气候特点,即高原南部迎风坡、冷暖气流交汇处降雪多,而背风坡、北部降雪少;近40 a降雪呈现“少-多-少”趋势,1980-1990年代期间降雪明显偏多,大约1970年代中期发生了由少雪到多雪的突变现象,其中南部2个区分别在2007年和1988年出现了降雪减少的突变现象;降雪具有显著的准14 a年代际变化和准8 a周期变化,且存在年代际特征.     

青藏高原那曲中部土壤温湿分布特征

青藏高原土壤水热状况对气候变化和植被退化方面的研究具有重要意义,土壤湿度的准确刻画还会影响到数值预报模式对当地及其下游地区降水的模拟能力。为此,采用中国科学院那曲高寒气候环境观测研究站安多观测点2014年1—12月的土壤温度、土壤湿度观测资料以及同期安多气象站观测数据,分析了青藏高原那曲中部不同深度土壤温湿度的分布特征及其与气温、降水量等气象要素的关系。结果表明：土壤温度在浅层为正弦曲线,随着土壤深度的增加,曲线逐渐接近直线。土壤升温迅速而降温过程缓慢。封冻和解冻日期随土壤深度的增加而推迟,封冻期逐渐缩短。不同层次土壤湿度日内变化较小。月变化呈单峰型结构,峰值和谷值基本出现在8月和12月。土壤湿度上升速率较下降速率缓慢。区域尺度上GLDAS-NOAH资料显示出类似的变化特征。土壤温湿度在一年中的变化不一致,但土壤温湿度呈显著正相关。浅层土壤的温度梯度明显大于深层;浅层土壤湿度最大,中间层较大,深层土壤湿度最小。随着干季向湿季的转换,由于太阳辐射的增加,非绝热加热呈增加的趋势。土壤湿度与气象要素在不同时段的相关性存在一些差异,但总体上土壤湿度与气温、降水量和相对湿度呈正相关,与风速、日照时数相关性不显著。     

青藏高原春季土壤湿度与中国东部夏季降水之间的关系

应用SVD方法分析了青藏高原地区春季土壤湿度异常和中国东部地区夏季降水之间的关系.结果表明,青藏高原不同地区、不同深度的土壤湿度与中国东部夏季降水的相关特征不同.青藏高原东北部和西北部0~10cm深度(表层)土壤湿度与中国华北、东北地区的夏季降水为正相关,而与华南地区为负相关;青藏高原中部及南部0~10cm表层土壤湿度与华北地区夏季的降水有较强负相关;青藏高原北部及东部10~200cm深度(深层)土壤湿度与华北、东北地区的夏季降水为负相关,而与华南地区夏季降水为正相关;青藏高原中东部10~200cm深层土壤湿度与长江中下游和华南大部分地区夏季降水呈负相关关系.即青藏高原不同地区、不同深度层春季土壤湿度的变化,对中国东部地区的夏季降水具有显著影响.     

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0.8×10⁶～1.8×10⁶ J·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 m2·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.     

青藏高原高寒草甸土壤水分运移机制

查明青藏高原高寒草甸区土壤水分运移机制,对正确理解土壤水分迁移过程、提高高寒草甸重建效率具有重要指导意义。通过开展土壤剖面负压、地温观测等原位试验,结合气象资料,对土壤剖面地温、含水率及总水头特征进行分析。结果表明,土壤的冻结期起始于10月,解冻期起始于4月;地温最高值出现在植物生长旺盛期8月,最低值出现在1月;1～3月土壤水分呈固态,6～10月土壤水分呈液态,处于稳定变化阶段,4～5月、11～12月土壤水分呈固液转化态,含水率变化幅度较大,处于过渡阶段。随着气温升高及降水量增加,6～8月水热同季有利于高寒草甸生长,属于高寒草甸主要生长阶段;春季土层由表及深土壤解冻,冻土层滞水性能保障了返青期春旱牧草生长的水分需求;深秋季节的由表及深的土壤冻结,深层土壤水分随水汽发生的表聚作用保障了牧草生长的水分需求,也是高原生态系统能够维持稳定的原因之一。