降水事件对多年冻土区地表水热特征的影响研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kuwaning
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揭示多年冻土与大气间的能水收支过程对高原区域气候变化的研究和陆面模式及全球气候模式的发展具有十分重要的意义,而天气状况对能量通量的变化影响较大,高原降水作为一种天气状况且在气候变化中又占有着特别的地位,因此研究高原降水对地表水热特征的影响具有重要意义,本论文利用中国科学院青藏高原冰冻圈观测研究站西大滩、唐古拉两综合观测场的气象及土壤水热观测资料,结合短期雨量计观测资料验证了T-200B型自动雨雪量计资料的可靠性,研究了不同的降水类型及降水强度对多年冻土区地表水热特征以及地表与下层土壤之间的热量输送交换的影响。主要结果如下:   T-200B型自动雨雪量计能够在高寒山区恶劣的自然环境自动连续准确的观测高寒区域的降水,获取的数据准确可靠。   2007年西大滩年降水量为372.4mm,唐古拉年降水量为384.8mm,两地区降水多集中在5-9月份,此期间降水量占全年降水量的92%。两地区的降水强度均以小雨为主。   2007年西大滩地区平均地表反照率为0.32,唐古拉地区平均地表反照率为0.26,降水形式和降水强度明显的影响地表反照率。基于对观测结果的分析研究,构造了地表反照率关于积雪日数和气温的回归方程,利用此方程计算的平均相对误差为7%。   降雪的隔热作用均对地温动态过程有一定影响,冷季比较薄的积雪对表层地温的影响不明显,地温和气温的变化趋势几乎一致;暖季积雪厚度约10cm左右积雪持续时间相对比较久,积雪的隔热作用较明显,表层地温与气温变化趋势相异。   冷季降水强度对于浅层土壤含水量变化的影响不显著,降雪主要通过影响地温而改变土壤未冻水含量发生变化。暖季当降水强度为小雨时,降水对土壤含水量的影响深度比较浅;当降水强度为中雨时,各层土壤含水量明显增大;当发生连续性降水事件且降水强度以中雨为主时,各层土壤含水量的增大变化趋势与降水量的变化一致。   西大滩年平均瞬时地表净辐射通量为71.3W.m-2,地表热流为1.7W.m-2,唐古拉年平均瞬时地表净辐射通量为82.5W.m-2,地表热流为0.5W.m-2。感热通量春季比较大,在净辐射中占主导地位,夏季略减小,秋季又增大,而潜热通量冬季比较小,夏、秋季潜热增大甚至高于感热通量,这主要与高原季风活动、活动层冻融过程以及净辐射的年内变化有关。   发生连续性降水且以中雨为主时,地表潜热通量与降水前相比明显增大且高于感热通量,一直持续到降水结束后的两天之内,随后恢复到降水前的潜热和感热通量相当的状态。当降水形式为降雪,降水量不足10mm时,各能量通量的变化与降水前相比变化较明显,感热、潜热及地表热流的日变化曲线几乎呈直线,地表净辐射明显降低,当积雪消融之后各能量通量的日变化曲线和降水前相似。   利用SHAW模型模拟有无降水事件的两种状况下地表能量通量及浅层地温变化。模拟结果表明,暖季发生连续性的降水事件且主要以中雨为主,总降水量约50mm以上,若降水形式主要以降雨为主,降水使得地表净辐射、感热通量降低,地表热流、潜热通量增大;若降水形式主要为降雪,且地表有较厚积雪覆盖约10天,此期间地表净辐射、感热通量降低较多,潜热通量降低,地表热流增加较少,此期间地温均降低,随土壤深度的增加其受降水的影响减小,大约可影响至1-1.5m左右的土层。
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