青藏高原中部土壤冻融过程及其对地气能水循环的影响

青藏高原上的地气相互作用对我国、亚洲乃至全球的气候变化均有重大影响。青藏高原上广泛分布着多年冻土和季节冻土，地表土壤的季节冻结和融化过程，不仅会改变土壤的热状况，而且由于冻结土壤的导热率和热容量与消融土壤的差别很大，因此土壤在冻结和消融状态下其热量的传导和与其上大气之间的能量和水分交换均存在巨大差异，土壤的冻融过程显著地影响着地气之间的能水交换过程。那么在青藏高原不同区域表层土壤真正冻结和消融的时间有多少？表层土壤的冻融过程对地气之间能水循环过程的影响如何？本项目将利用观测资料，分析青藏高原不同地点表层土壤的冻融过程及其年际差异，特别是土壤的日冻融循环，并利用SHAW模型的模拟结果，揭示不同下垫面（多年冻土、季节冻土和其过渡带）、不同冻融状态（完全冻结、完全消融和存在日冻融循环）下地气之间的能量和水分循环过程，阐明土壤冻融过程对地气相互作用的影响机制。

本项目执行三年来，完成了计划的野外观测，仪器维护和数据的收集工作，同时按照申请书和计划任务书，完成了相关的室内分析研究工作。在本基金项目的支持下，对位于青藏高原季节冻土区（那曲BJ站）和多年冻土区（唐古拉山D105站）的土壤冻融过程进行了分析，土壤温度和含水量在垂直剖面上表现出明显的空间差异性，40cm深度以上土壤温度日变化明显，土壤年内最高温度和最低温度分别随土壤深度增加呈指数函数减小和增大。土壤温度年内振幅随土壤深度增加指数减小。60cm深度以上的土壤与大气之间的水热交换比较频繁，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。在日冻融循环过程中，土壤的昼消夜冻引起了土壤水的频繁相变。不同冻融状态下土壤未冻含水量的日变化具有很大的差异。日冻融循环过程中土壤未冻含水量的变化会显著影响地表感热、潜热通量。利用陆面过程模式CLM3.0和SHAW对不同的下垫面（多年冻土区的D66站和季节冻土NMQ站）地气之间的水热过程进行了模拟研究。结果表明模式能很好的模拟向上短波、向上长波辐射以及土壤温度随时间和深度的变化，而土壤含水量的模拟效果则相对欠佳。和SHAW模式相比，CLM3.0的模拟值在各层土壤深度更接近于观测值，尤其是在冬半年。随着土壤深度的增加，CLM3.0模拟的土壤温度表现出冬半年比观测值偏大，而夏半年比观测值偏小。同土壤温度的模拟相比，土壤含水量的模拟效果不太理想，这与模式本身的参数化方案和冻土本身复杂的水分过程有关。为了更好的理解青藏高原土壤的冻融过程对地气能水循环的影响，我们也将区域气候模式（RegCM）应用到了高原上，并进行了相应的模拟分析，结果表明RegCM3模式能再现青藏高原平均气温和夏季降水的主要分布特征，RegCM3模式能较好地模拟出青藏铁路沿线地区气温的年变化和年际变化，但是对降水的模拟效果欠佳。目前我们正在用RegCM4，进行相关的模拟工作。..已经正式发表标注本基金项目的文章8篇，其中SCI文章4篇。结题后还将继续撰写相关文章。