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青藏高原土壤环境对冻融过程的响应 1 气候变化与土壤湿度 土壤温度和湿度的时空分布反映了土壤的热量和水分条件。它的变化改变了地面的物理属性，影响了土气之间的能水交换，并影响了气候循环和气候变化。20世纪50年代Namias就发现土壤水分的季节性异常对大气环流季节性变化有重要作用。Shukla等利用数值模式对干、 湿土壤的影响进行了对比, 得出干、 湿土壤对后期降水和气温的影响有较大差异。刘永强等通过短期气候持续异常性的理论分析和数值试验, 说明了土壤水分和热力状况及与地气能水交换的过程, 并指出在影响短期气候异常持续性的过程中, 土壤水分状况比土壤热力状况起着更为重要的作用。马柱国等在研究了土壤湿度与气候的关系后, 指出前期土壤湿度与后期降水呈正相关, 与气温呈反相关, 且不同层次不同区域, 这种关系有显著差异。 青藏高原约占我国陆地面积的四分之一, 平均海拔在4000 m以上, 其高耸复杂的地形影响海洋上水汽向高原的输送, 同时作为一个抬升的巨大热源/汇, 又给大气输送了大量的热量和水汽, 高原地气间的能水循环在对该地区的热量收支和降水分布产生影响的同时, 也影响该地区及东亚地区的大气环流形势。当土壤发生冻融时, 冻土层中冰、 水的共存改变了土壤的水力学性质, 温度梯度引起土壤液态水运移, 冻结引起非冻区的土壤水向冻结区移动并在那里结冰, 冰的存在减小了导水率, 进而会影响地表水的分配。同时土壤中冰的存在改变了土壤的热力学性质, 含冰量高的土壤热容量低, 且含冰量高的土壤比含有相同量液态水的土壤有更高的热传导率, 由于冻结土壤中所含的冰是土壤水分的另一种存在方式, 在土壤冻结和融化时会释放或吸收大量的潜热能量, 从面影响能量在土壤层的分配。 土壤冻融过程与土壤水分变化相联系, 高原季节性冻融过程直接影响着高原地气间的能水循环。最近的研究表明冻融过程与气候变化关系密切, 王澄海等研究指出, 青藏高原土壤的季节冻融过程对青藏原上空及东亚大气环流有显著影响, 并与中国夏季降水之间有着较好的相关, 而且土壤冻结状况的改变对大气环流的影响作用较积雪等因素也许更持久。土壤温\, 湿度的变化与土壤冻融过程密切相关。杨梅学等分析得出土壤温\, 湿度对土壤冻融过程及其热量的时空分布有较大影响。土壤湿度作为气候变化研究中的重要物理量, 其作用仅次于SST(海温)。同时, 它对中小尺度天气过程也有重要影响, 土壤湿度的梯度能激发局地环流的形成和发展, 而青藏高原上的部分降水过程与局地对流有关。研究也表明, 陆地降水的65%来自陆面蒸发, 而陆面蒸发较大程度上取决于土壤湿度。因此, 高原土壤湿度对高原气候变化有重要作用。 本文将对藏北高原土壤温\, 湿度的变化特征及与该地区气候变化的关系作初步探讨。 2 技术数据采集 本文所用土壤温度和土壤含水量为“青藏高原综合观测研究站定点监测研究资料”中沱沱河观测站1997年9月\_1999年8月5个深度(4, 20, 60, 100, 160 cm)的资料。1998年我国南海季风建立晚, 强度较弱, 1999年南海季风建立早, 强度较强。在青藏高原北部的沱沱河, 1998年降水正常, 1999年降水偏多。 沱沱河观测站位于34°13N, 92°26E, 海拔高度4533 m, 在沱沱河南岸一级阶地上, 地表平坦, 属半干旱草原景观, 土壤为河流相沉积物, 由粗砂、 细砂和粉砂组成, 各粒级较均匀。土壤温度和土壤湿度(含水量)观测数据分别由白金地温探头(Pt)和时域反射仪(TDR)获得, 数据进行自动采集, 每小时记录一次。文中提到的土壤温度指日平均温度, 土壤含水量指土壤中未冻水的体积含水量, 即土壤中液态水的体积含水量, 不包括冰在内, 用百分数表示, 同样取为日平均值。 降水量资料为气象站观测资料, 感热、 潜热资料为NCEP再分析资料。 3 分析的结果 3.1 不同季节土壤湿度的季节变化 图1给出了土壤含水量与降水量的变化曲线。1997年9月\_1998 年8月(图1a)5层深度处的土壤含水量分别在10月5候、 10月6候、 11月1候、 11月2候、 12月2候出现较大幅度减小, 表明各层冻结过程的开始, 并分别在11月2候、 11月3候、 11月6候、 12月1候、 12月6候趋于相对稳定, 反映出相应层次上冻结过程的完成。1998年春季各层土壤含水量分别在3月6候、 4月2候、 4月5候、 5月2候出现较大幅度增加, 反映出土壤融冻的开始。1998年9月\_1999年8月(图1b)5层深度处的土壤含水量分别在10月6候、 11月1候、 11月3候、 11月5候、 12月3候出现较大幅度减少, 并分别在11月3候、 11月6候、 12月1候、 12月2候、 1月1候趋于相对稳定, 同样反映了土壤的