麻多高寒湿地冻结过程中土壤热通量变化特征分析

关键词：高寒湿地 冻融过程 土壤热通量 冻结潜热 

摘要：准确量化高寒湿地下垫面冻结过程中土壤热通量的变化特征,对认识高寒湿地-大气间水热交换过程有重要的科学意义。本文利用中国科学院麻多气候与环境综合观测站2014年5月至2015年5月的观测资料,分析了下垫面冻结过程中土壤热通量变化特征,探讨了冻结潜热对土壤热通量的贡献。基于温度积分计算土壤热通量的算法,指出在计算冻结过程中的土壤热通量时,需要同时考虑土壤热通量板以上的土壤热贮存及热通量板以上的冻结潜热。研究表明:(1)冻结锋面形成后,锋面所在深度土壤体积含水量迅速降低,锋面以下土壤热通量接近于零,土壤液态水开始冻结,冻结潜热向上穿过热通量板所在土壤层;降水下渗土壤后冻结所释放的潜热能使次日凌晨5 cm深度土壤热通量接近于零。(2)季节性冻结期,凌晨气温较高时穿过5 cm土壤层的向上土壤热通量很小,可能是由表层土壤发生了日冻融循环所致。土壤水释放的冻结潜热使土壤温度波动减弱并维持在冰点附近。高寒湿地下垫面仅在很浅的表层发生日冻融循环,无法通过5 cm土壤温度资料判断下垫面循环出现日期。(3)加入冻结潜热项,土壤热通量的计算值与实测值之间的均方根误差将会从11.5 W m^-2下降到6.2 W m^-2。以上研究结果对认识寒区陆面过程有重要的贡献。

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