藏北高原D105点土壤冻融状况与温湿特征分析

利用CAMP/Tibet在藏北高原D105点所观测的2002年1月1日-2005年12月31日土壤温度、含水量资料, 分析了该点的土壤温、湿度变化及其冻融特征. 结果表明: D105点40 cm深度以上土壤温度日变化明显, 随着深度增加, 土壤温度日变化相位明显滞后. 各层土壤温度月最高值出现在8-9月, 月最低值都出现在1-2月; 年际气候的差异至少可以反映到185 cm深处的土壤. 土壤冻结和消融都是由表层开始, 土壤随深度增加冻结快, 消融则慢. 冻结期间, 土壤温度分布上部低, 下部高; 消融期间, 则分布相反. 60 cm深度以上的土壤含水量在消融期有显著的波动, 表明60 cm深度以上的土壤与大气之间的水热交换比较频繁. 土壤温度的日变化和平均温度对土壤的冻融过程有较大的影响; 土壤含水量的多少会极大的影响土壤的冻融过程、土壤热量的分布状况以及地表能量的分配. 因此水(湿度)热(温度)相互耦合影响着土壤的冻融过程.     

藏北高原土壤湿度时空变化分析

使用2009年DOY (Day of Year) 145~288时段与2001~2010年夏季(DOY 161~240时段)的Terra/MODIS 16 d合成的植被指数产品数据MOD13 A2和8 d合成的地表温度(Land Surface Temperature,T_LS)产品数据MOD11 A2,构建T_LS~I_EV(Enhanced Vegetation Index,I_EV)特征空间,从而得到了条件温度植被干旱指数(Temperature Vegetation Drought Index,I_TVD)反映的藏北土壤湿度空间分布。对藏北高原2009年植被生长季内土壤湿度的季节性变化及2001~2010年夏季土壤湿度的年际变化特征进行分析,研究结论表明:随着植被盖度的增大,干、湿边斜率逐渐变小,植被对环境温度的变化具有缓冲效应;藏北高原土壤湿度的季节性变化明显,主要受温度、降水、植被覆盖和冻土过程等季节性变化的影响;近10年研究区内土壤湿度有轻微的旱化趋势,但不同气候区内的年际变化表现不一致;气温表现不同程度的显著升温趋势,部分站点的降水有不显著减少趋势,其它站点降水表现为年际波动,而区域统计的I_TVD值年际波动与站点气温的变化大体一致。     

青藏高原玉树地区巴塘高寒草甸土壤温湿特征分析

在青藏高原腹地青海省玉树藏族自治州玉树县巴塘高寒草甸草场设立野外试验场, 进行土壤温、湿动态监测. 利用温、湿监测数据及同步气象数据资料, 采用对比分析及线性趋势等方法, 分析了巴塘高寒草甸日、年土壤温、湿变化状况. 结果表明: 土壤温度从10:00时左右开始上升, 至17:00-18:00时达到最高值, 然后开始下降, 在第二天9:00时左右到达最低; 土壤湿度在10:00时达到最低值, 在18:00时达到最大值, 随着土壤深度的增加, 土壤湿度逐渐降低. 土壤温、湿度在不同的季节表现出不同的变化趋势, 二个点不同土层表现出相对一致的变化, 随着土壤深度的增加, 土壤温、湿度逐渐降低; 随着与雪栅距离的增加, 土壤温、湿度的变化幅度减弱; 随着土壤深度的增加, 雪栅的影响也逐渐减小. 通过对土壤温、湿不同时期的特征分析, 5月中旬至8月中旬, 土壤湿度与土壤温度呈现相反的变化趋势, 而在其余时期土壤温湿变化趋势一致; 秋季向冬季转换时, 土壤温湿呈显著下降趋势, 而后土壤进入封冻时期; 冬季向春季转换时, 土壤温湿呈显著上升趋势, 土壤进入解冻时期. 冷季时, 25 cm土壤温度高于5 cm; 暖季时, 5 cm土壤温度高于25 cm.     

藏北高原多年冻土区地表反照率特征分析

利用青藏高原冰冻圈观测研究站西大滩、五道梁和唐古拉自动气象站(AWS)2006—2007年的辐射观测资料,分析了藏北高原多年冻土区不同下垫面的地表反照率特征.结果表明:该地区地表反照率在四季都表现出明显的日变化特征,呈U形,早晚大,中午小.日平均和月平均地表反照率有相同的年变化特征,且冬半年的地表反照率远远大于夏半年.受积雪的影响,地表反照率年均值较高,夏季最小,冬季最大,春季大于秋季.针对3种不同植被类型的下垫面,在四季反照率都有高寒草甸(唐古拉)高寒草原(西大滩)荒漠草原(五道梁)的特点.     

藏北高原蒸发皿蒸发量及其影响因素的变化特征

采用气候倾向率方法,对藏北高原1971-2006年6个气象站年、季小型蒸发皿蒸发量及其影响气候因子的变化趋势进行了分析。结果表明:近36年藏北高原年蒸发皿蒸发量各站点均呈现显著的减少趋势,平均减少61.7mm/10a(通过99%显著性检验),以夏季减幅最明显。就地域分布而言,蒸发皿蒸发量的下降主要表现在藏北高原的中西部。蒸发量减少幅度随经度的增加减小,随海拔高度的升高而加大。影响蒸发皿蒸发量的主要气候因子日照时数、平均风速呈现显著下降趋势,平均相对湿度、降水量表现为显著增加,平均气温显著升高,平均最低气温的升温速率(0.54℃/10a)明显比平均最高气温的升温速率(0.17℃/10a)大,导致气温日较差的减小(-0.37℃/10a)。藏北高原平均气温日较差和日照时数的显著减小,以及平均相对湿度的明显增加可能是蒸发皿蒸发量显著下降的主要原因,降水量的增加和平均风速的明显减小在蒸发量减少趋势中的作用也不可忽视。     

青藏高原典型下垫面的土壤温湿特征

利用中国科学院纳木错站、 珠峰站和藏东南站2007年土壤温湿度的观测资料, 分别分析了这3个不同下垫面下观测站的土壤温湿度分布的时空特征.结果显示:3个站土壤温度的年变化和年平均的日变化趋势基本相同, 与太阳辐射变化特征一致; 它们在冻结深度和冻结时间上差别较大; 下垫面特征、 土壤的冻结消融及其物理性质的差异使3个站表现出了不同的土壤湿度变化特征; 3个站均表现为在某一深度有一个高含水层, 土壤消融(冻结)使土壤湿度迅速增大(减小).     

藏北高原夏季典型天气大气边界层特征分析

利用加密探空资料,分析了藏北高原那曲和安多地区夏季典型晴天与阴天边界层风速、位温与比湿时空分布及变化特征.结果发现:在夏季8月,上述地区东西分量风速(切变)晴天均比阴天小,安多地区盛行偏西风,那曲地区盛行偏东风;南北分量风速(切变)晴天比阴天大.边界层晴天和阴天白天(晚上)的对流(稳定)边界层特征明显,阴天稳定边界层的厚度和对流边界层的高度较晴天时的都低;比湿夜间比白天大,阴天比晴天大.在安多地区和那曲地区都出现了逆湿现象,强逆湿主要出现在午夜或正午.     

季节冻土区黑土耕层土壤冻融循环期湿度与温度变化研究

在黑龙江省水利科学研究院水利试验研究中心的综合实验观测场, 利用2011年11月-2012年4月一个冬季冻融循环期的实测黑土耕层剖面土壤湿度和温度数据, 对典型中-深季节冻土区黑土耕层土壤湿度与冻结融化期土壤温度变化进行研究. 根据阳坡的黑土耕层土壤浅层1 cm、 5 cm、 10 cm及15 cm四种不同深度, 对冻融循环过程中土壤湿度随冻结融化期土壤温度变化特征进行分析, 研究黑土耕层土壤冻融过程中不同深度土壤水分的变化情况, 了解降水和温度对不同深度土壤湿度变化的影响. 结果表明: 在北京时间08:00、 14:00及20:00, 阳坡15 cm、 10 cm、 5 cm及1 cm深度黑土耕层土壤湿度随冻结融化期土壤温度变化的线性相关可决系数分别为0.9298、 0.9216、 0.5989、 0.7281, 斜率平均标准偏差分别为0.017、 0.019、 0.095、 0.056, 截距平均标准偏差分别为0.17、 0.25、 1.31、 0.83. 阳坡10 cm及15 cm深度的黑土耕层土壤湿度随冻结融化期土壤温度变化呈十分显著的线性相关关系. 阳坡5 cm深度的黑土耕层土壤湿度在冻结融化期与土壤温度变化线性关系稍微显著. 在整个冻结融化期, 因受太阳辐射、 降水及蒸发的强烈影响, 阳坡浅层1 cm深度黑土耕层土壤湿度与土壤温度线性相关性不如10 cm及15 cm深度的关系显著, 但比5 cm深度的关系显著.     

秦皇岛市降水变化特征分析

降水量;变化特征;趋势     

藏北高原地区地表辐射出支和能量平衡的季节变化

对青藏高原地区地表能量的研究是一个十分重要的问题.基于中日合作项目"全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验"(CAMP/Tibet)在2001年8月至2002年9月的观测数据资料,分析研究了青藏高原藏北地区地表能量,即净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量等的变化规律,获得了有关藏北高原地表能量的新认识.     

青藏高原土壤水热过程模拟研究(Ⅱ):土壤温度

模拟青藏高原土壤水分和热量迁移过程的连续变化对于全球变化研究具有非常重要的意义, 其准确模拟是提高陆面过程模拟精度的重要条件. 利用大尺度水文模型对沱沱河站点以1 h为步长, 共399 d的土壤温度模拟结果与观测结果的对比表明, 土壤中共11个不同深度的观测点的模拟温度总体的变化趋势与观测值一致, 可以进行长时间的模拟. 对于地表温度, 模拟的日变化幅度比实测的变化幅度大, 但均值一致, 原因在于模型的土壤参数中没有考虑有机质含量, 在计算能量平衡时需要增加该土壤参数. 对于土壤底部的土壤温度的连续模拟表明, 采用常数的土壤下界算法和倾斜的(damping)土壤下界算法均与观测值的变化具有一定的差别, 而常数的下界算法与观测值更为接近.     

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。     

青藏高原中部冻土环境下土壤水分监测

利用2006-2007年冬季青藏高原中部那曲布交(BJ)站测量的土壤水势、未冻水含量以及土壤温度资料, 分析了冻土环境下土壤水势、 未冻水含量和土壤温度三者的关系. 结果表明: 青藏高原中部冻土环境下, 土壤水势随着土壤温度及未冻水含量的变化而变化, 土壤质地是决定土壤水势的一个重要因素;未冻水含量与土壤温度保持着动态平衡, 随着土壤温度的降低, 未冻水含量减小, 土壤水势也随之减小;20 cm处砂质壤土的未冻水含量与土壤温度呈指数函数关系, 土壤水势与未冻水含量可用二次曲线拟合, 土壤水势与土壤温度呈指数函数关系;Clausius-Clapeyron方程对于计算青藏高原中部非饱和冻土水势存在局限性.     

青藏高原那曲地区非均质土壤导温率的变化及土壤温度数值模拟

土壤中的热传输是地-气能量交换的组成部分,而非均质土壤导温率/导热率的获得是研究土壤热传输过程中的一个难点,是至今仍未很好解决的问题.分析了一维热传导方程在非均质土壤条件下的适用形式,利用青藏高原那曲站实测土壤温度资料,计算了非均质土壤导温率,计算结果表明,土壤导温率有明显的随深度和季节的变化.利用考虑非均质土壤导温率参数的土壤温度数值模式,对那曲地区各层土壤温度的年变化进行了模拟试验,模拟结果显示,按冷季和暖季分别采用两组不同的土壤导温率,对土壤温度的年变化已有较好的模拟效果.     

甘肃黄土高原40a来土壤水分蒸散量变化特征

用Penman公式计算了甘肃黄土高原20世纪60-90年代40 a来的潜在蒸散值,分析了潜在蒸散的时空变化特征并与蒸发皿所测值进行比较.结果表明:甘肃黄土高原潜在蒸散值的分布与纬度关系比较密切,随纬度的升高,潜在蒸散值增多,变化范围为1 600-2 200 mm·a^-1;潜在蒸散值受气温、降水的支配比较大,80年代最小,其次为70、60年代,90年代最大.60-90年代各地潜在蒸散值比实测值高30%-40%,其中夏、秋季潜在蒸散均大于蒸发器所测值,以夏季相差最大,达40%-100%;冬季则小于蒸发器所测值.潜在蒸散量与蒸发器所测值虽在数值上有所差别,但趋势基本一致,蒸发器所测值的峰值变化落后于理论计算值0.5月.90年代以来,各地土壤水分亏缺值增多,植被生长季节,作物水分利用都未及最适宜状态.     

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".     

2009-2010年青藏高原土壤湿度的时空分布特征

利用2009年7月1日至2010年6月30日中国气象局研制的多源土壤温湿度融合分析产品, 分析了青藏高原地区不同深度的土壤湿度分布特征. 结果表明: 青藏高原土壤湿度具有显著的季节变化特征, 即春季土壤湿度最大, 夏季次之, 秋季最小; 土壤湿度呈现出浅层和深层低湿、中间层高湿的特点, 且土壤湿度由浅到深层变化幅度逐渐减小. 随着温度回升, 3-8月为土壤湿度增加时段, 湿度增加区域从藏东南向西北、塔里木盆地向藏东北扩展, 9月以后土壤湿度呈大范围减小. 随着季节变化, 浅层土壤湿度高湿度区域从南部向北部移动, 中间层土壤湿度的变化与浅层相反, 深层土壤湿度季节变化差异不大, 高湿度区域基本位于高原南部.