Page 134 - 《高原气象》2022年第1期

第 41 卷 第 1 期 高 原 气 象 Vol. 41 No. 1
2022 年 2 月 PLATEAU METEOROLOGY February，2022

武月月，文军，王作亮，等，2022. 黄河源高寒草原下垫面土壤冻融过程中陆‐气间的水热交换特征分析［J］. 高原气象，41
（1）：132-142. WU Yueyue，WEN Jun，WANG Zuoliang，et al，2022. The Characteristics of Land‐Atmospheric Water and Heat
Exchange during Soil Freezing‐Thawing Process over the Underlying Surface of the Alpine Grassland in the Source Region of the
Yellow River［J］. Plateau Meteorology，41（1）：132-142. DOI：10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2021. 00014.

黄河源高寒草原下垫面土壤冻融过程中陆‐气间的

水热交换特征分析

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武月月 ，文 军 ，王作亮 ，贾东于 ，刘闻慧 ，蒋雨芹 ，陆宣承 1
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（1. 成都信息工程大学大气科学学院， 高原大气与环境四川省重点实验室，四川 成都 610225；
2. 中国科学院西北生态环境资源研究所， 中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室，甘肃 兰州 730000；
3. 兰州城市学院地理与环境工程学院，甘肃 兰州 730070）
摘要：高寒草原水热交换的季节性特征显著，土壤冻融过程对地‐气水热交换有着重要的影响。本文利
用黄河源区汤岔玛小流域 2014 年 5 月至 2015 年 5 月陆面过程观测数据，将土壤冻融过程划分为完全融
化（TT）和完全冻结（FF）两种状态与融冻（T‐F）和冻融（F‐T）两个过程，并分析了期间高寒草原下垫面净
辐射、感热通量、潜热通量和地表热通量不同状态和过程中的变化，以此探究土壤冻融过程中地气间的
水热交换特征。研究表明：（1）净辐射通量在完全融化阶段的平均值要普遍大于其他三个阶段，最大值
达到了203. 7 W·m ，冻融阶段冻土融化，土壤含水量逐渐增加，净辐射比完全冻结阶段明显增大，完全
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融化阶段净辐射日变化值最大，达到了 717. 6 W·m ，完全冻结阶段最小，冻融阶段次之。（2）感热通量
与潜热通量在完全融化和完全冻结阶段的配置不同。完全融化时，由于降水和土壤含水量等原因，净辐
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射主要转换为潜热通量，潜热通量日变化最大值为 193. 7 W·m ，而感热通量只有 80. 0 W·m 左右。融
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冻阶段、冻融阶段与完全冻结时感热与潜热的日平均相差不大，潜热在三个阶段平均值为 21. 9 W·m ，
感热为 20. 3 W·m ；而感热日变化在三个阶段均大于潜热，土壤发生冻融循环，地气温差较小，含水量
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产生变化，净辐射在这期间主要转换为感热。（3）土壤热通量在完全融化（冻结）状态下为正（负），表明地
表从大气吸收（释放）热量，其日变化幅度大（小）。以上结果说明，土壤冻融状态与过程对近地面陆‐气
间水热交换过程表现出不同的特征。
关键词：高寒草原；冻融过程；水热交换；能量通量
文章编号：1000-0534（2022）01-0132-11 中图分类号：P422.4 文献标识码：A
DOI：10. 7522/j. issn. 1000-0534. 2021. 00014

1 引言 原、高寒灌丛和高寒草甸为主，高寒草原和高寒草
甸植被覆盖约占总面积的 70. 0% 以上（吴喜芳等，
黄河源区位于青藏高原东北部，通常是指黄河
2015），生态系统十分脆弱，由于季节性冻土广泛
源头至唐乃亥水文站之间的区域，属大陆性（半）干 分 布 ，对 气 候 变 化 敏 感 且 响 应 迅 速（陈 琼 等 ，
旱气候区，季风气候影响显著。区域内分布有高 2010）。黄河源区属于大片连续多年冻土向季节冻
山、沙地、草原和众多湖泊、冰川及分布广泛的冻 土过渡的江河源多年冻土带，多年冻土、融区和季
土等地貌，是黄河上游重要的水源涵养区（唐恬 节冻土犬牙交错，也是我国现代多年冻土赋存和分
等，2013）。黄河源区内高寒植被广布，以高寒草 布最为复杂的地区。其中，源区海拔 4400. 0 m 下

收稿日期：2020⁃10⁃26；定稿日期：2021⁃03⁃01
资助项目：国家自然科学基金项目（41530529）；第二次青藏高原综合科学考察研究项目（2019QZKK0105）；成都信息工程大学科研项目
（KYTZ201821）
作者简介：武月月（1997-），女，重庆人，硕士研究生，从事陆面过程与气候变化研究. E-mail：18349174148@163.com
通信作者：文军（1964-），男，甘肃临洮人，教授，主要从事陆面过程与卫星遥感研究. E-mail：jwen@cuit.edu.cn