Page 137 - 《高原气象》2022年第1期
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1 期 武月月等：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 135
实际情况下，地表能量平衡需要考虑能量储 低温度大于 0. 0 ℃时，为完全融化；（2）当日最高温
存项的影响，比如光合作用热储存项 Sp （单位： 度低于 0. 0 ℃时，为完全冻结；（3）当日最高温度大
-2
W·m ），空气热储存项 Sa （单位：W·m ）等。Sp指 于 0. 0 ℃，日最低温度小于 0. 0 ℃，且土壤含水量
-2
植物进行光合作用时所消耗的光能，可利用二氧化 发生急剧变化时（图 2）为冻融交替过程，完全融化
碳净通量（Net Ecosystem Exchange）计算所吸收光 后为融冻阶段，完全冻结后为冻融阶段。并且，由
能的能量通量。已有试验表明，同化 1 mg CO 2 于相邻两个阶段时间内由温度确定所属的阶段有
-2
-1
-2
m ·s 所吸收的能量通量为 11. 2 W·m （Meyers 不确定性，Guo et al（2011b）将连续三天满足下一阶
and Hollinger，2004）。Sa主要是由气温变化和湿度 段的温度条件时，将第一天视为下一阶段的起始
变化引起的，计算公式如下： 日期。
h 表1 土壤冻融状态与过程阶段划分判据
∂T a
Sa = C a∫ dz （8）
0 ∂t Table 1 Soil freezing and thawing state and process
式中： T a 为气温（单位：K）； C a 为湿空气的体积热 stage division criterion
容量；h为涡动相关系统安装高度。 阶段 划分判据
3. 2 土壤冻融状态与过程阶段的划分 完全融化 日最低温度>0. 0 ℃
根据土壤温度与含水量变化将冻融过程划分 融冻阶段 日最高温度>0. 0 ℃，日最低温度<0. 0 ℃且
为四个阶段：完全融化、完全冻结、融冻阶段和冻 含水量剧烈变化
融阶段。基于 Guo et al（2011b）的方法（用日最高温 完全冻结 日最高温度<0. 0 ℃
和日最低温来划分土壤冻融的四个阶段），并将土 冻融阶段 日最高温度>0. 0 ℃，日最低温度<0. 0 ℃且
壤含水量也作为冻融过程的判据之一：（1）当日最 含水量剧烈变化
图2 汤岔玛小流域2014-2015年5. 0 cm土壤温度和土壤含水量的日均年变化
Fig. 2 The daily average annual changes of soil temperature and soil water content
at 5. 0 cm in Tangchama small watershed from 2014 to 2015
本文选取 2014-2015 年黄河源汤岔玛小流域 汤岔玛小流域的冻融过程所持续时间要少 40 天左
5. 0 cm 的土壤温度与含水量来确定冻融阶段。从 右（陈渤黎，2014）。2014-2015 年，汤岔玛小流域
表 2 可以看出，汤岔玛小流域土壤完全融化阶段在 完全冻结的时间达到了 156天，该地区在 11月初就
一年中所占时间较多，约占全年的 1/3，主要在 6-9
开始冻结，一直到第二年的 4 月中旬结束，土壤冻
月这 3 个月里，经历了较短的冻结后，进入完全冻
结开始得早，结束晚，整个跨度长，都说明了小流
结阶段。小流域的冻融期都是比较短暂的，融冻阶
段有 41 天，冻融阶段占了 40 天，说明土壤在较快 域气温较低，土壤冻结时间较长，与葛骏等（2016）
时间内发生冻结和融化，而且两个过程持续时间相 研究的多年冻土北麓河站完全冻结时间相差不大，
差不大，相比于不同下垫面，如典型湿地若尔盖， 其持续时间高达155天。
