活动层作为多年冻土与大气系统之间能量和水分交换通道,其内部的水热状况是控制水循环和地表能量平衡的主要因素,并直接影响着寒区生态环境、水文过程以及多年冻土的稳定性。利用一维水热耦合模型CoupModel,对青藏高原风火山试验点活动层土壤剖面温湿度进行了模拟。模拟效率参数表明模拟结果很好地反映了研究区多年冻土活动层水热状况。基于已验证的模型,设置多种不同气候变化情形,来分析活动层内部水热状况对全球气候变化的响应。研究结果表明:(1)土壤温度与气温呈正相关关系,气温每升高1℃活动层平均增温约0.78℃,但随着土壤深度增加,增温幅度逐渐减小;(2)升温导致活动层土壤冻结和融化过程发生变化,且对融化过程的影响明显大于冻结过程;(3)活动层各深度土壤含水量随气温升高而增大,且增大幅度随土壤深度增加而不断增大;(4)在完全融化期,降水量增加降低了浅层土壤温度,升高了深层土壤温度,而完全冻结期土壤温度均随降水量增加而升高;(5)降水量增加导致活动层含水量增加,其中完全融化期土壤含水量变化最明显。因此,气候暖湿化将对青藏高原多年冻土区活动层土壤温湿度及冻融循环过程产生较大影响,可能不利于冻土发育。

活动层作为多年冻土与大气系统之间能量和水分交换通道,其内部的水热状况是控制水循环和地表能量平衡的主要因素,并直接影响着寒区生态环境、水文过程以及多年冻土的稳定性。利用一维水热耦合模型CoupModel,对青藏高原风火山试验点活动层土壤剖面温湿度进行了模拟。模拟效率参数表明模拟结果很好地反映了研究区多年冻土活动层水热状况。基于已验证的模型,设置多种不同气候变化情形,来分析活动层内部水热状况对全球气候变化的响应。研究结果表明:(1)土壤温度与气温呈正相关关系,气温每升高1℃活动层平均增温约0.78℃,但随着土壤深度增加,增温幅度逐渐减小;(2)升温导致活动层土壤冻结和融化过程发生变化,且对融化过程的影响明显大于冻结过程;(3)活动层各深度土壤含水量随气温升高而增大,且增大幅度随土壤深度增加而不断增大;(4)在完全融化期,降水量增加降低了浅层土壤温度,升高了深层土壤温度,而完全冻结期土壤温度均随降水量增加而升高;(5)降水量增加导致活动层含水量增加,其中完全融化期土壤含水量变化最明显。因此,气候暖湿化将对青藏高原多年冻土区活动层土壤温湿度及冻融循环过程产生较大影响,可能不利于冻土发育。

活动层作为多年冻土与大气系统之间能量和水分交换通道,其内部的水热状况是控制水循环和地表能量平衡的主要因素,并直接影响着寒区生态环境、水文过程以及多年冻土的稳定性。利用一维水热耦合模型CoupModel,对青藏高原风火山试验点活动层土壤剖面温湿度进行了模拟。模拟效率参数表明模拟结果很好地反映了研究区多年冻土活动层水热状况。基于已验证的模型,设置多种不同气候变化情形,来分析活动层内部水热状况对全球气候变化的响应。研究结果表明:(1)土壤温度与气温呈正相关关系,气温每升高1℃活动层平均增温约0.78℃,但随着土壤深度增加,增温幅度逐渐减小;(2)升温导致活动层土壤冻结和融化过程发生变化,且对融化过程的影响明显大于冻结过程;(3)活动层各深度土壤含水量随气温升高而增大,且增大幅度随土壤深度增加而不断增大;(4)在完全融化期,降水量增加降低了浅层土壤温度,升高了深层土壤温度,而完全冻结期土壤温度均随降水量增加而升高;(5)降水量增加导致活动层含水量增加,其中完全融化期土壤含水量变化最明显。因此,气候暖湿化将对青藏高原多年冻土区活动层土壤温湿度及冻融循环过程产生较大影响,可能不利于冻土发育。

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Quantifying net CO2 exchange (NEE) of arctic terrestrial ecosystems in response to changes in climatic and environmental conditions is central to understanding ecosystem functioning and assessing potential feedbacks of the carbon cycle to future climate changes. However, annual CO2 budgets for arctic tundra are rare due to the difficulties of performing measurements during non-growing seasons. It is still unclear to what extent arctic tundra ecosystems currently act as a CO2 source, sink or are in balance. This study presents year-round eddy-covariance (EC) measurements of CO2 fluxes for an arctic heath ecosystem on Disko Island, West Greenland (69 degrees N) over five years. Based on a fusion of year-round EC-derived CO2 fluxes, soil temperature and moisture, the process-oriented model (CoupModel) has been constrained to quantify an annual budget and characterize seasonal patterns of CO2 fluxes. The results show that total photosynthesis corresponds to -202 +/- 20 g C m(-2) yr(-1) with ecosystem respiration of 167 +/- 28 g C m(-2) yr(-1), resulting in NEE of -35 +/- 15 g C m(-2) y(-1). The respiration loss is mainly described as decomposition of near- surface litter. A year with an anomalously deep snowpack shows a threefold increase in the rate of ecosystem respiration compared to other years. Due to the high CO2 emissions during that winter, the annual budget results in a marked reduction in the CO2 sink. The seasonal patterns of photosynthesis and soil respiration were described using response functions of the forcing atmosphere and soil conditions. Snow depth, topography-related soil moisture, and growing season warmth are identified as important environmental characteristics which most influence seasonal rates of gas exchange.

Permafrost is vulnerable to rapid changes in climate, and increasing air temperatures have recently resulted in the increase of active layer thickness, thaw subsidence and warming of the underlying permafrost. Such changes have important implications for geotechnical properties and the stability of infrastructures in permafrost-affected areas. Many studies focus on the sensitivity of the active layer with respect to changes in climate conditions, but few assess the sensitivity of active layer thermal properties in relation to sediment types and soil water contents, and the importance of direct measurements of thermal property sensitivity with respect to soil water content compared to default physical relationships incorporated in process-based models. In this study, we use on-she data and samples to measure thermal conductivity (TC) a different gravimetric water/ice contents (GWC) in frozen and thawed permafrost. The samples, obtained from an emerged delta and an alluvial fan in the Zackenberg Valley, NE Greenland, are characterized by contrasting grain-size distribution and mineralogy. We calibrated a coupled heat and water transfer model, the CoupModel, to simulate permafrost temperatures a two sites on the delta. The sites have different snow depth characteristics and were simulated using both observed and default values of TC, and observed liquid soil water content. The results show that depth- and sediment type-specific TC values are crucial for a successful model simulation, and that transfer function derived values of TC are useful for modeling permafrost temperatures as long as site- and depth-specific grain size distribution and ice contents are defined. A thicker snow pack increased ground surface temperatures and resulted in a 1 degrees C higher annual mean ground temperature a the depth of zero annual amplitude. Permafrost temperatures increased by 1.5 degrees C and 3.5 degrees C a the depth of 18 m with 3 degrees C and 6 degrees C ground surface warming, but warming combined with increased soil water content had no important additional effect on the thermal regime when ground surface temperatures were prescribed as upper boundary conditions. Precipitation in the form of snow, however, may have a larger effect on ground temperatures directly, due to the surface temperature changes, than will the subsequent changes in thermal properties following increase in soil water content.