土壤水文过程(水分运移和传热)及其对气候变化的响应是寒区水文学的前沿问题。然而,冻土的存在使得寒区土壤水文过程变得极其复杂。此外,寒区自然环境恶劣,较难获取长时间序列和高分辨率的野外观测资料。近年来,充分利用已有的观测数据,构建寒区土壤水热耦合模型,并开展相应的数值模拟研究,已成为理解寒区土壤水文物理过程,揭示其动力学机制的重要途径。基于寒区土壤水文物理过程和计算流体力学方法,构建了高分辨率、适用于完全饱和状态下的寒区土壤水热耦合模型,且自主研发了相应的数值求解器和软件包。随后,通过一系列完全饱和状态下的验证算例,如经典的一维传热方程解析解、被广泛应用的二维基准测试算例和室内土柱冻结实验等,对已构建的模型进行了系统的检验。模型模拟结果与解析解、基准算例的结果以及实验数据相比,均有较好的一致性,表明该模型较为准确且高效地模拟了寒区土壤在完全饱和状态下的水分运移和传热过程,尤其能够精细刻画冻土水-冰相态变化等关键过程,有望成为研究寒区土壤水文过程的有力工具。
土壤水文过程(水分运移和传热)及其对气候变化的响应是寒区水文学的前沿问题。然而,冻土的存在使得寒区土壤水文过程变得极其复杂。此外,寒区自然环境恶劣,较难获取长时间序列和高分辨率的野外观测资料。近年来,充分利用已有的观测数据,构建寒区土壤水热耦合模型,并开展相应的数值模拟研究,已成为理解寒区土壤水文物理过程,揭示其动力学机制的重要途径。基于寒区土壤水文物理过程和计算流体力学方法,构建了高分辨率、适用于完全饱和状态下的寒区土壤水热耦合模型,且自主研发了相应的数值求解器和软件包。随后,通过一系列完全饱和状态下的验证算例,如经典的一维传热方程解析解、被广泛应用的二维基准测试算例和室内土柱冻结实验等,对已构建的模型进行了系统的检验。模型模拟结果与解析解、基准算例的结果以及实验数据相比,均有较好的一致性,表明该模型较为准确且高效地模拟了寒区土壤在完全饱和状态下的水分运移和传热过程,尤其能够精细刻画冻土水-冰相态变化等关键过程,有望成为研究寒区土壤水文过程的有力工具。
土壤水文过程(水分运移和传热)及其对气候变化的响应是寒区水文学的前沿问题。然而,冻土的存在使得寒区土壤水文过程变得极其复杂。此外,寒区自然环境恶劣,较难获取长时间序列和高分辨率的野外观测资料。近年来,充分利用已有的观测数据,构建寒区土壤水热耦合模型,并开展相应的数值模拟研究,已成为理解寒区土壤水文物理过程,揭示其动力学机制的重要途径。基于寒区土壤水文物理过程和计算流体力学方法,构建了高分辨率、适用于完全饱和状态下的寒区土壤水热耦合模型,且自主研发了相应的数值求解器和软件包。随后,通过一系列完全饱和状态下的验证算例,如经典的一维传热方程解析解、被广泛应用的二维基准测试算例和室内土柱冻结实验等,对已构建的模型进行了系统的检验。模型模拟结果与解析解、基准算例的结果以及实验数据相比,均有较好的一致性,表明该模型较为准确且高效地模拟了寒区土壤在完全饱和状态下的水分运移和传热过程,尤其能够精细刻画冻土水-冰相态变化等关键过程,有望成为研究寒区土壤水文过程的有力工具。
在气候变暖背景下，近几十年来全球寒区出现灌丛化过程，这将改变地表水热状况，影响局地水文循环，是寒区水文研究的热点，但是灌丛化过程对冻土冻融过程及水热传输过程的影响机理、程度还不清楚，相关研究极为薄弱。本项目拟在祁连山中科院寒旱所祁连站葫芦沟试验流域，以不同盖度金露梅灌丛为研究对象，采取开顶式生长室（Open-top chamber，OTC）模拟增温装置，基于野外试验数据，分析灌丛盖度和增温情景下冻土水热平衡及传输过程的差异，以此确定灌丛化过程对冻土冻融过程的影响；结合CoupModel冻土-植被-大气水热耦合模型，探讨升温情景下不同盖度灌丛区冻土分层水热梯度变化及传输特征，分析升温情景下灌丛对冻土水热传输过程的影响，初步定量评估灌丛化与升温引起冻土水热传输过程的时空差异性，预估气温升高后，冻土水热传输对灌丛化过程的响应，为大尺度寒区水文、陆面过程和气候变化相关研究提供相关参数和理论基础。
2016-01降水是地球系统水热循环以及气候变化研究的重要环节, 降水资料的准确与否不仅直接影响流域尺度的水文过程研究,且对区域乃至全球尺度的气候和水文研究至关重要。在高寒山区，由于自然条件和经济技术的限制，常规降水观测台站稀少且分布不合理，极大制约了降水空间分布信息的获取，成为水文模型发展的瓶颈。本项目拟通过以托木尔峰南坡科其喀尔的定位观测资料为基础，通过增加自动观测站和总雨量筒加强降水观测，分析研究区不同时间尺度台站降水代表性，接合DEM确定科其喀尔山区的降水梯度及降水空间分布特征，利用基于地理空间特征的插值方法生成科其喀尔高时空分辨率的降水产品并进行精度评价，为流域各类模型发展和生态-水文过程研究提供关键驱动数据集，为下游的生态保护和建设、水资源的管理和利用提供基础数据。
2014-01由俄罗斯科学院西伯利亚分院Melnikov冻土研究所的V.V.Shepelev教授编写,R.V.Zhang教授编辑的《寒区冻结层上水》(Suprapermafrost Waters in the Cryolithozone)一书已于2011年由俄罗斯新西伯利亚的地球科学学术出版社(Novosibirsk:Academic Publishing House"Geo")出版发行.全书分为5章,共130页,包括50幅彩图,17个表格,426条主要参考文献,硬皮封面.针对地球科学界提出的一个新研究领域"寒区水文地质学(cryohydrogeology)",该书介绍了其概念、分类方案、主要影响因素、水的化学组成特性、持水系统的水动力特征以及他们对技术影响的响应等.全书包含了作者及其团队多年来对俄罗斯地区冻结层上水的形成规律、区域边界特征、相变特征等进行系统观测所得到的大量数据,并进行系统分析所得到的研究结果,具有很好的应用参考价值.该专著不但会引起水文地质学和冻土学专家的极大兴趣,而且可以作为主修地质学、地理学、土木工程、水文地质学、冻土学的大学生或研究生的教科书,也可以作为专业人员的参考书籍.