Page 15 - 《高原气象》2022年第1期
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1 期                    刘闻慧等：青藏高原土壤冻融过程关键参量时空分布特征分析                                          13
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               积 的 56%，未 冻 土 仅 占 0. 03×10 km（Zou et al，          时 观 测 数 据 集（2008 -2016 年 ，Su et al，2013，
               2017）。已有研究表明，在全球变暖的背景下，青                          2011，2019；van der Velde et al，2012）与再分析数
               藏高原的气候呈现出显著增暖趋势，年平均气温以                            据比较，该数据集包括玛曲监测网络、那曲监测网
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               0. 35 ℃·（10a） 的 速 率 上 升（魏 莹 和 段 克 勤 ，             络、阿里监测网络和帕里监测网络（图 1和表 1）；青
                                                 -1
               2020），降水在 5 月以 4. 25 mm·（10a） 的速率显著               藏高原范围内代表不同地表及气象条件的 10 个气
               增加，12 月显著减小（许建伟等，2020）。受气候变                       象站1979-2019年的月平均气温观测资料（图1）。
               暖的影响，近年来青藏高原多年冻土发生了明显的
               退化，表现为冻土温度升高，活动层厚度增加，多
               年冻土分布面积减小（Cheng and Wu，2007；李韧
               等，2012）。
               2. 2  数据及适用性检验介绍
                   使用的再分析资料为欧洲中期天气预报中心
              （European Centre for Medium-Range Weather Fore‐
               casts，ECMWF）的 ERA5 逐小时浅层（0. 0~7. 0 cm）
               土壤温度、土壤体积含水量和月平均 2. 0 m 气温的
               资料，水平分辨率为 0. 5°×0. 5°，时间范围为 1979                   图1   青藏高原观测站网位置及本研究青藏高原自然区划
               年1月至2019年6月。                                       Fig. 1  The location of the observing networks and meteoro‐
                   为了检验再分析资料适用性，还采用国家青藏                             logical stations and the natural division of the Qinghai-
               高原科学数据中心提供的青藏高原土壤温湿度逐                                          Xizang Plateau in this study
                                        表1  青藏高原土壤温湿度逐时观测数据集观测站基本信息
                            Table 1  The information of the observation stations of the time-lapse observation dataset
                                     of the soil temperature and humidity on the Qinghai-Xizang Plateau
                  站点名            经纬度                  气候特征                             主要植被
                   玛曲        33. 88°N，102. 13°E  高原亚寒带湿润气候区                        灌丛草甸和高山草甸
                   阿里        33. 45°N，79. 62°E    高原温带干旱气候区                        山地荒漠草原和荒漠
                   帕里        27. 94°N，89. 19°E   亚热带山地湿润气候区             亚热带山地常绿阔叶林，针阔叶混交林和山地针叶林
                   那曲        31. 70°N，91. 79°E  高原亚寒带半湿润气候区                  高山草甸、亚高山灌丛草甸和沼泽草甸

                   ERA5 土壤水分再分析数据在青藏高原有较好                        帕里站融化期计算时段定为 2016 年 5 月 1 日至 9 月
               的适用性（Cheng et al，2019），欧洲中心的气温数                   30日，结果如图2所示。
               据在青藏高原范围表现较好（Hu et al，2019）。为进                        图 2（a）为再分析资料与观测资料土壤温湿度
               一步验证再分析资料在青藏高原范围内的适用性，                            的对比结果，总体上来看土壤温度的再分析资料在
               本文使用青藏高原土壤温湿度逐时观测数据集以                             青藏高原地区的适用性优于土壤湿度。各个站点
               对比土壤温度和体积含水量的再分析数据，气象站                            再分析土壤温度与观测资料的相关系数都在 0. 8以
               的月平均气温观测资料用于对比再分析气温资料。                            上，土壤湿度相关系数则在 0. 7 以上。土壤温度的
                   文中分别计算了观测资料与再分析资料在青                           再分析产品标准差与实测值标准差在融化期差异
               藏高原不同地区、不同时段的相关系数，两个总体                            更小，而在冻结期相关系数更高。再分析产品在融
               均值差的 t 检验与方差的 F 检验。对比分析结果如                        化期更易高估土壤温度变化，在冻结期则更易低估
               表2~4所示。                                           土壤温度变化。土壤湿度再分析资料总体上在融
                   为全面清楚地反映观测资料和再分析资料在                           化期的适用性优于冻结期，再分析数据低估了土壤
               青藏高原冻结期和融化期的差异，使用泰勒图将多                            湿度的变化，部分地区土壤湿度再分析资料在冻结
               组数据的相关系数，标准差比率，标准化距平均方                            期与实测值的均方根误差较大。图 2（b）是再分析
               根误差显示在一张图中。融化期计算时段为 2015                          资料与观测资料气温的对比结果，可见二者相关系
               年 5 月 1 日至 9 月 30 日，冻结期为 2015 年 10 月 1 日          数在各个地区都达 0. 9 以上，标准化距平均方根误
               至 2016 年 4 月 30 日，由于帕里站点部分数据缺失，                   差较小，标准差比率多接近于 1，适用性较好，但再
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