冻土是陆地冰冻圈的重要组成部分，其冻融循环变化能够影响土壤结构、土壤水热传输以及土壤生物化学等过程，并通过陆-气相互作用影响局地甚至全球天气气候。因此，研究土壤冻融过程对冻土区人类生产生活和了解区域外天气气候变化具有重要的科学意义。本文回顾了土壤中的砾石、有机质对土壤冻融过程的影响及物理机制，总结了土壤冻融过程中水热参数化的相关研究成果，包括土壤导热率和水力学参数的计算、水热耦合方案以及冻融锋面计算方案等。相对于普通的矿物质土粒而言，砾石具有高导热率和低热容，有机质具有低导热率和高热容，他们对热量在土壤中的传输及土壤温度垂直分布有不同的影响。另外，砾石和有机质的存在改变了土壤孔隙度、土壤基质毛细作用与吸附作用，进而影响水分在土壤中的传输过程和垂直分布。已有研究表明：（1）当前大部分数值模式中土壤导热率采用Johansen方案及其派生方案进行计算，其中Balland-Arp方案考虑了砾石和有机质对土壤导热率的影响，该方案更好地刻画了土壤冻融过程中土壤导热率变化的连续性；综合考虑热-水-变形相互作用的导热率参数化方案可以较好地刻画土壤冻融过程中的水热耦合和土体冻胀的作用，对相变过程中土壤导...
冻土是陆地冰冻圈的重要组成部分，其冻融循环变化能够影响土壤结构、土壤水热传输以及土壤生物化学等过程，并通过陆-气相互作用影响局地甚至全球天气气候。因此，研究土壤冻融过程对冻土区人类生产生活和了解区域外天气气候变化具有重要的科学意义。本文回顾了土壤中的砾石、有机质对土壤冻融过程的影响及物理机制，总结了土壤冻融过程中水热参数化的相关研究成果，包括土壤导热率和水力学参数的计算、水热耦合方案以及冻融锋面计算方案等。相对于普通的矿物质土粒而言，砾石具有高导热率和低热容，有机质具有低导热率和高热容，他们对热量在土壤中的传输及土壤温度垂直分布有不同的影响。另外，砾石和有机质的存在改变了土壤孔隙度、土壤基质毛细作用与吸附作用，进而影响水分在土壤中的传输过程和垂直分布。已有研究表明：（1）当前大部分数值模式中土壤导热率采用Johansen方案及其派生方案进行计算，其中Balland-Arp方案考虑了砾石和有机质对土壤导热率的影响，该方案更好地刻画了土壤冻融过程中土壤导热率变化的连续性；综合考虑热-水-变形相互作用的导热率参数化方案可以较好地刻画土壤冻融过程中的水热耦合和土体冻胀的作用，对相变过程中土壤导...
冻土是陆地冰冻圈的重要组成部分，其冻融循环变化能够影响土壤结构、土壤水热传输以及土壤生物化学等过程，并通过陆-气相互作用影响局地甚至全球天气气候。因此，研究土壤冻融过程对冻土区人类生产生活和了解区域外天气气候变化具有重要的科学意义。本文回顾了土壤中的砾石、有机质对土壤冻融过程的影响及物理机制，总结了土壤冻融过程中水热参数化的相关研究成果，包括土壤导热率和水力学参数的计算、水热耦合方案以及冻融锋面计算方案等。相对于普通的矿物质土粒而言，砾石具有高导热率和低热容，有机质具有低导热率和高热容，他们对热量在土壤中的传输及土壤温度垂直分布有不同的影响。另外，砾石和有机质的存在改变了土壤孔隙度、土壤基质毛细作用与吸附作用，进而影响水分在土壤中的传输过程和垂直分布。已有研究表明：（1）当前大部分数值模式中土壤导热率采用Johansen方案及其派生方案进行计算，其中Balland-Arp方案考虑了砾石和有机质对土壤导热率的影响，该方案更好地刻画了土壤冻融过程中土壤导热率变化的连续性；综合考虑热-水-变形相互作用的导热率参数化方案可以较好地刻画土壤冻融过程中的水热耦合和土体冻胀的作用，对相变过程中土壤导...
青藏高原(简称高原)热、动力作用对东亚乃至全球大气环流及气候有着影响。高原的热力作用主要来自于高原地表的非绝热加热异常变化,高原陆面过程决定着地表非绝热加热。本文回顾总结了高原陆面过程中的土壤冻融过程对土壤水热传输、地表非绝热加热影响及其气候效应的研究。主要体现在如下几个方面的进展:(1)土壤冻融对土壤水分具有"水分存储"效应,冻融过程可将土壤中90%以上的水分从前一年秋季保存到春季释放出来。(2)高原地表非绝热加热估算仍是一个挑战性的问题,再分析资料中的地表感、潜热通量存在较大偏差,且在春季最为显著,数值模式对土壤冻融过程模拟的偏差较大,数值模式和再分析资料对高原地表非绝热加热估算的偏差,影响了对高原热力作用的深入认识和理解。(3)水热完全耦合的参数化方案和冻融参数化方案改进可有效减小模式对土壤温、湿度的模拟偏差。(4)冻融过程将前秋的土壤湿度异常保持到次年春季,进而引起春季地表非绝热加热异常,这可作为跨季节气候预测的"信号"。通过对高原冻融区土壤信息的同化,可显著提高模式对后期东亚天气气候的模拟效果。(5)春季高原融冻异常通过引起土壤湿度异常产生的地表非绝热加热异常,通过改变高原南...
青藏高原(简称高原)热、动力作用对东亚乃至全球大气环流及气候有着影响。高原的热力作用主要来自于高原地表的非绝热加热异常变化,高原陆面过程决定着地表非绝热加热。本文回顾总结了高原陆面过程中的土壤冻融过程对土壤水热传输、地表非绝热加热影响及其气候效应的研究。主要体现在如下几个方面的进展:(1)土壤冻融对土壤水分具有"水分存储"效应,冻融过程可将土壤中90%以上的水分从前一年秋季保存到春季释放出来。(2)高原地表非绝热加热估算仍是一个挑战性的问题,再分析资料中的地表感、潜热通量存在较大偏差,且在春季最为显著,数值模式对土壤冻融过程模拟的偏差较大,数值模式和再分析资料对高原地表非绝热加热估算的偏差,影响了对高原热力作用的深入认识和理解。(3)水热完全耦合的参数化方案和冻融参数化方案改进可有效减小模式对土壤温、湿度的模拟偏差。(4)冻融过程将前秋的土壤湿度异常保持到次年春季,进而引起春季地表非绝热加热异常,这可作为跨季节气候预测的"信号"。通过对高原冻融区土壤信息的同化,可显著提高模式对后期东亚天气气候的模拟效果。(5)春季高原融冻异常通过引起土壤湿度异常产生的地表非绝热加热异常,通过改变高原南...
青藏高原(简称高原)热、动力作用对东亚乃至全球大气环流及气候有着影响。高原的热力作用主要来自于高原地表的非绝热加热异常变化,高原陆面过程决定着地表非绝热加热。本文回顾总结了高原陆面过程中的土壤冻融过程对土壤水热传输、地表非绝热加热影响及其气候效应的研究。主要体现在如下几个方面的进展:(1)土壤冻融对土壤水分具有"水分存储"效应,冻融过程可将土壤中90%以上的水分从前一年秋季保存到春季释放出来。(2)高原地表非绝热加热估算仍是一个挑战性的问题,再分析资料中的地表感、潜热通量存在较大偏差,且在春季最为显著,数值模式对土壤冻融过程模拟的偏差较大,数值模式和再分析资料对高原地表非绝热加热估算的偏差,影响了对高原热力作用的深入认识和理解。(3)水热完全耦合的参数化方案和冻融参数化方案改进可有效减小模式对土壤温、湿度的模拟偏差。(4)冻融过程将前秋的土壤湿度异常保持到次年春季,进而引起春季地表非绝热加热异常,这可作为跨季节气候预测的"信号"。通过对高原冻融区土壤信息的同化,可显著提高模式对后期东亚天气气候的模拟效果。(5)春季高原融冻异常通过引起土壤湿度异常产生的地表非绝热加热异常,通过改变高原南...
青藏高原近地层土壤冻融过程是高原地表最显著的陆面特征之一,也是判断冻土发育、存在以及反映气候变化的重要指标。近地层土壤昼夜、季节性的冻结、融化会导致青藏高原陆—气间能水平衡的变化甚至异常,从而显著影响高原地表水文过程、生态环境、碳氮循环以及高原及其周边区域的天气和气候系统。论文从观测、模拟以及对气候的影响3个角度来探讨1990年以来青藏高原土壤冻融过程的最新研究进展。结果表明:①在一个完整的年冻融循环过程中,近地表各层土壤大体都经历了夏季融化期、春秋季融化—冻结期、冬季冻结期4个阶段。受局地因素的影响,不同站点的冻结或消融起止时间、速率、类型均有差异。②多年冻土区和季节冻土区的日冻融循环过程差异较大,主要体现在日冻融循环持续时间上。③不同陆面模式都可以很好地抓住冻融过程中物理量的时空变化,但都需要针对高原陆面过程的特点进行参数化改进。④规避不稳定的迭代计算并根据热力学平衡方程确定冻融临界温度可以改进不合理的冻融参数化方案。基于已有研究回顾,发现增加高质量的观测站,利用卫星遥感等多种手段来反演高原土壤冻融过程以及加强陆面模式与区域气候模式和全球气候模式的耦合,并立足于高原冻融过程的特点发...
青藏高原近地层土壤冻融过程是高原地表最显著的陆面特征之一,也是判断冻土发育、存在以及反映气候变化的重要指标。近地层土壤昼夜、季节性的冻结、融化会导致青藏高原陆—气间能水平衡的变化甚至异常,从而显著影响高原地表水文过程、生态环境、碳氮循环以及高原及其周边区域的天气和气候系统。论文从观测、模拟以及对气候的影响3个角度来探讨1990年以来青藏高原土壤冻融过程的最新研究进展。结果表明:①在一个完整的年冻融循环过程中,近地表各层土壤大体都经历了夏季融化期、春秋季融化—冻结期、冬季冻结期4个阶段。受局地因素的影响,不同站点的冻结或消融起止时间、速率、类型均有差异。②多年冻土区和季节冻土区的日冻融循环过程差异较大,主要体现在日冻融循环持续时间上。③不同陆面模式都可以很好地抓住冻融过程中物理量的时空变化,但都需要针对高原陆面过程的特点进行参数化改进。④规避不稳定的迭代计算并根据热力学平衡方程确定冻融临界温度可以改进不合理的冻融参数化方案。基于已有研究回顾,发现增加高质量的观测站,利用卫星遥感等多种手段来反演高原土壤冻融过程以及加强陆面模式与区域气候模式和全球气候模式的耦合,并立足于高原冻融过程的特点发...
青藏高原近地层土壤冻融过程是高原地表最显著的陆面特征之一,也是判断冻土发育、存在以及反映气候变化的重要指标。近地层土壤昼夜、季节性的冻结、融化会导致青藏高原陆—气间能水平衡的变化甚至异常,从而显著影响高原地表水文过程、生态环境、碳氮循环以及高原及其周边区域的天气和气候系统。论文从观测、模拟以及对气候的影响3个角度来探讨1990年以来青藏高原土壤冻融过程的最新研究进展。结果表明:①在一个完整的年冻融循环过程中,近地表各层土壤大体都经历了夏季融化期、春秋季融化—冻结期、冬季冻结期4个阶段。受局地因素的影响,不同站点的冻结或消融起止时间、速率、类型均有差异。②多年冻土区和季节冻土区的日冻融循环过程差异较大,主要体现在日冻融循环持续时间上。③不同陆面模式都可以很好地抓住冻融过程中物理量的时空变化,但都需要针对高原陆面过程的特点进行参数化改进。④规避不稳定的迭代计算并根据热力学平衡方程确定冻融临界温度可以改进不合理的冻融参数化方案。基于已有研究回顾,发现增加高质量的观测站,利用卫星遥感等多种手段来反演高原土壤冻融过程以及加强陆面模式与区域气候模式和全球气候模式的耦合,并立足于高原冻融过程的特点发...
近40年来,黄河源区地温长期处于增温状态,多年冻土出现表层融化。冻土退化后,土壤含水率减少,导致寒区径流的变化。所以研究冻土为寒区水资源估算提供了重要的依据。利用土壤水分迁移方程和热传导方程,采用中心差分格式并在一定假设前提下建立起冻土水热耦合迁移数学模型。对黄河源区站点的冻融深度进行模拟,结果表明:计算值和近2 a冻土的上、下限实测值吻合较好。由此表明采用的数学模型和数值方法是合理、可信的,在此基础上讨论了土壤冻融过程的一般规律。