發(fā)布時間：2021-11-28 13:48

　　多年凍土活動層,尤其是淺層土壤的水熱傳輸機制,以及凍融過程的時空異質(zhì)性是研究地-氣間能水交換的關鍵。利用位于青藏高原中部的唐古拉和通天河兩個活動層觀測場2013年的土壤溫度和水分數(shù)據(jù),比較了不同下墊面淺層土壤日凍融循環(huán)過程的差異,以及不同凍融階段的地溫日變化及熱擴散率特征。結(jié)果表明:根據(jù)一日之內(nèi)地溫的正負波動,淺層土壤的凍融過程可以劃分為解凍期、完全融化期、始凍期和完全凍結(jié)期四個時期,其中解凍期和始凍期統(tǒng)稱為日凍融循環(huán)發(fā)生期。解凍期的持續(xù)天數(shù)和深度明顯高于始凍期,高寒草原的日凍融循環(huán)天數(shù)和發(fā)生深度明顯高于高寒草甸。淺層土壤（0～20cm）日地溫變化普遍呈現(xiàn)明顯的正弦波動趨勢,且不同凍融階段的振幅差異較大,由于相變的緣故,解凍期的日地溫變化振幅最小。高寒草甸的日地溫振幅顯著低于高寒草原,說明日地溫動態(tài)與土壤質(zhì)地和土壤水分密切相關,植被作為熱絕緣層,減弱了地溫對氣溫波動的響應。地表下5～10cm的熱擴散率顯著大于10～20cm深度,且5-10月融化季的熱擴散率顯著大于凍結(jié)季。熱傳導對流方程可以描述多年凍土區(qū)典型下墊面在季節(jié)凍融循環(huán)周期內(nèi)不同月份的水分遷移方向。 

【文章來源】：冰川凍土. 2020,42(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

活動層觀測場的地理位置

研究區(qū)凍融交替季節(jié)劇烈的氣溫變化，在春季解凍期內(nèi)也有個別日期沒有發(fā)生日凍融循環(huán)現(xiàn)象。為了直觀表達，圖2顯示了日凍融循環(huán)發(fā)生的具體日期和深度。顯然，在始凍期，兩個觀測點都只在地表下5cm發(fā)生2～3天日凍融循環(huán)事件。在解凍期，QT04日凍融循環(huán)發(fā)生天數(shù)和深度都明顯大于QT06，即便在20cm處，解凍期也有6天發(fā)生了日凍融循環(huán)，而QT06在10cm處僅有2天發(fā)生日凍融循環(huán)。這是因為高寒草甸發(fā)育更好的植被和更高的土壤水分含量能起到更好的熱絕緣作用，減緩氣溫波動對地溫的影響[26]。上述特征與高緯度多年凍土區(qū)南緣內(nèi)蒙古-南西伯利亞一線多年凍土區(qū)的研究結(jié)果類似[15]，森林的日凍融循環(huán)持續(xù)天數(shù)和振幅顯著低于草地，地上植被可以作為氣候變化的緩沖層，調(diào)節(jié)多年凍土的退化速度，但是該研究沒有比較解凍期和始凍期日凍融循環(huán)過程的差異。祁連山阿柔草場的觀測結(jié)果表明[27]，解凍期地表下5cm日凍融循環(huán)天數(shù)顯著多于始凍期，且隨深度減弱，與本文研究結(jié)果相似。但是阿柔草場全年的日凍融循環(huán)發(fā)生天數(shù)在10天以內(nèi)，明顯低于本研究區(qū)，說明青藏高原地表土壤日凍融循環(huán)空間差異顯著，除受氣溫影響外，地表植被覆蓋和土壤水分也是不可忽略的影響因素。青藏高原多年凍土區(qū)地表土壤日凍融循環(huán)過程的空間差異和影響因素，尚需進一步研究。由于凍融現(xiàn)象導致的土壤熱物理屬性的季節(jié)差異性，淺層土壤在不同凍結(jié)融化階段的日地溫變化特征也有顯著差異。兩個活動層觀測點在始凍期，僅在地表下5cm土壤發(fā)生持續(xù)2～3天的日凍融循環(huán)，因此忽略始凍期，僅分析淺層土壤在解凍期[圖3(a）、（b）]、完全融化期[圖3(c）、（d）]和完全凍結(jié)期[圖3(e）、（f）]三個階段的地溫日變化特征。以各凍融階段內(nèi)每天同一時刻的地溫平均值來描述小時平均地溫的日變化特征。圖3展示了兩個活動層觀測點5～90cm深度小時平均地溫的日內(nèi)變化特征。QT04和QT06觀測點5～20cm深度地溫的日內(nèi)變化均呈現(xiàn)正弦波動，且振幅都隨深度增加而顯著減弱，50cm以下地溫在日內(nèi)基本恒定。QT04和QT06觀測點地表下5cm均在約09:00出現(xiàn)日最低地溫，在約17:00出現(xiàn)日最高地溫，20cm地溫較5cm地溫滯后0.5～1h。QT04和QT06觀測點的日地溫振幅均在完全融化期最大（5cm處為3.1℃和2.7℃），完全凍結(jié)期次之（5cm處為2.5℃和1.6℃），解凍期最小（5cm處為1.7℃和1.1℃）。這與陳學龍等[28]的研究結(jié)果相似。因為在解凍期土壤晝?nèi)谝箖觯罅繜崃肯挠谕寥浪南嘧�，故解凍期的日地溫振幅最低。同時，淺層土壤日地溫振幅在不同凍融階段的顯著差異也反映了土壤熱物理性質(zhì)的季節(jié)波動。同一深度處，QT06的振幅在三個凍融時期都低于QT04，是因為高寒草甸較高的土壤水分和有機質(zhì)含量降低了土壤的導熱性，削弱了地溫的日變化動態(tài)。這與Luo等[29]在黃河源的研究結(jié)果相似，高密度的植被覆蓋可以降低土壤熱流，起到熱絕緣作用，顯著減弱地表溫度的日振幅。

由于凍融現(xiàn)象導致的土壤熱物理屬性的季節(jié)差異性，淺層土壤在不同凍結(jié)融化階段的日地溫變化特征也有顯著差異。兩個活動層觀測點在始凍期，僅在地表下5cm土壤發(fā)生持續(xù)2～3天的日凍融循環(huán)，因此忽略始凍期，僅分析淺層土壤在解凍期[圖3(a）、（b）]、完全融化期[圖3(c）、（d）]和完全凍結(jié)期[圖3(e）、（f）]三個階段的地溫日變化特征。以各凍融階段內(nèi)每天同一時刻的地溫平均值來描述小時平均地溫的日變化特征。圖3展示了兩個活動層觀測點5～90cm深度小時平均地溫的日內(nèi)變化特征。QT04和QT06觀測點5～20cm深度地溫的日內(nèi)變化均呈現(xiàn)正弦波動，且振幅都隨深度增加而顯著減弱，50cm以下地溫在日內(nèi)基本恒定。QT04和QT06觀測點地表下5cm均在約09:00出現(xiàn)日最低地溫，在約17:00出現(xiàn)日最高地溫，20cm地溫較5cm地溫滯后0.5～1h。QT04和QT06觀測點的日地溫振幅均在完全融化期最大（5cm處為3.1℃和2.7℃），完全凍結(jié)期次之（5cm處為2.5℃和1.6℃），解凍期最�。�5cm處為1.7℃和1.1℃）。這與陳學龍等[28]的研究結(jié)果相似。因為在解凍期土壤晝?nèi)谝箖�，大量熱量消耗于土壤水的相變，故解凍期的日地溫振幅最低。同時，淺層土壤日地溫振幅在不同凍融階段的顯著差異也反映了土壤熱物理性質(zhì)的季節(jié)波動。同一深度處，QT06的振幅在三個凍融時期都低于QT04，是因為高寒草甸較高的土壤水分和有機質(zhì)含量降低了土壤的導熱性，削弱了地溫的日變化動態(tài)。這與Luo等[29]在黃河源的研究結(jié)果相似，高密度的植被覆蓋可以降低土壤熱流，起到熱絕緣作用，顯著減弱地表溫度的日振幅。2.2 活動層季節(jié)凍融過程的水熱變化特征

【參考文獻】：
期刊論文
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[9]地表能量變化對多年凍土活動層融化過程的影響[J]. 李韌,趙林,丁永建,王銀學,杜二計,劉廣岳,肖瑤,孫琳嬋,劉楊,石偉.  冰川凍土. 2011(06)
[10]江河源區(qū)典型多年凍土和季節(jié)凍土區(qū)水熱過程對植被蓋度的響應[J]. 胡宏昌,王根緒,王一博,劉光生,李太兵,任東興.  科學通報. 2009(02)



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