青藏高原冻土冻融过程地气能水特征及气候效应研究

Frozen soil is widely distributed in Qinghai-Tibetan Plateau (QTP). One of the most significant physical characteristics of the QTP surface is the freeze and thaw process of frozen soil in half of a year, which changes a redistribution of energy and water between the land and atmosphere and leads to local climate change. In recent years, along with the impact of global warming and human activities, the QTP frozen soil degraded significantly, which will cause the changes of frozen soil state and affect the land-atmosphere coupling system of QTP. The objective of this project which guiding with energy and water cycle over the QTP is to study land-atmosphere coupling system in frozen soil freezing and thawing process and impact on regional climate. Frozen-thaw features of frozen soil will be analyzed by weather station data of the QTP. Energy and water cycle of freezing and thawing process will be investigated by reanalysis data and field observation data. Possible effects of freezing and thawing process impact on energy and water cycle of local and globe will be discussed by climate model.

我国的青藏高原地区广泛分布多年冻土和季节性冻土，地表一年当中大约有半年都经历着冻融循环，冻融过程在高原地–气耦合过程中扮演着重要角色，引起的能量与水分变化是影响局地气候的一个重要因素。近年来，随着全球变暖和人类活动的影响，高原冻土退化明显，冻土状态的改变及冻融过程的变化将深刻影响青藏高原地-气耦合系统，使得冻融过程的区域气候效应进一步增强。本项目以本研究计划中“揭示青藏高原影响区域与全球能量和水分循环的机制”的科学目标为指导，注重学科交叉，拟运用青藏高原气象站建站以来的多年观测资料、中科院寒旱所野外台站实测资料、再分析资料以及先进的数值模式，认识青藏高原冻土冻融特征，探索青藏高原冻土冻融过程中地气能水特征，阐明高原冻土冻融过程对区域及全球能量和水分循环的可能影响。

青藏高原冻土冻融过程在高原地–气耦合过程中扮演着重要角色，引起的能量与水分变化是影响局地气候的一个重要因素。本项目执行过程中，严格按照项目计划，运用了观测资料及数值模式，开展了青藏高原冻土冻融特征分析；青藏高原冻土冻融过程地气能水特征研究；青藏高原冻土冻融过程的气候效应研究。通过项目三年的开展与实施，认识了近年来青藏高原冻土冻融特征；发现：（1）土壤温度表层（0 cm）、浅层（5-20 cm）、深层（40-320 cm）土壤温度分别以0.47 ℃/10年、0.36 ℃/10年、0.36 ℃/10年的速率增加；表层土壤增温速率已经超过近地面气温增速，高原土壤温度在过去55年间对气温增暖反应敏感而迅速。（2）多模式集合预估结果显示，高原地表层多年冻土呈现区域性退化趋势，高原东部、南部及北部边缘地区冻土带退化较为明显，有从外围向西北部多年冻土区逐步退化的趋势。21世纪末期不同情景下多年冻土面积分别减少约19.2%、40.2%、41.3%、69.6%。（3）青藏高原土壤冻融过程是土壤温度变化的“缓冲器”，冻融过程改变了地表辐射通量，改变了陆面能量的分配，显著地增大了地表土壤热通量。（4）改进了陆面过程模式CLM4.5中土壤导热率及有机质参数化方案，提高了模式对高原土壤冻融过程的模拟能力。（5）冻融过程对北半球气候有显著的影响，冻融过程明显改变了地表与大气之间的能水交换，青藏高原地区有无冻融过程对能量收支的影响明显大于北美及西伯利亚地区。