Page 6 - 《高原气象》2022年第5期

5 期 符 晴等：青藏高原中部土壤有机质含量对不同深度土壤温湿度的影响研究 1099
5 cm 深度不同土壤有机质含量的观测点分布（仅展 土壤温度的滞后时间。
示使用的 32 个观测站），其中高有机质含量（有机 3. 2 土壤水力性质的估算
碳含量为 5%~20%）区域主要分布在东部，中等有 本文土壤水分特征曲线关系的计算采用 Camp‐
机质含量（有机碳含量为 2. 5%~5%）主要分布在西 bell（1974）发展的土壤水力参数化方案：
北部，低有机质含量（有机碳含量为 0~2. 5%）主要 ψ = ψ sat (θ/θ sat ) ， （1）
-b
分布在中部和西南部。该区域的下垫面主要为高 式中：ψ 为饱和土壤水势（单位：m）；θ 为土壤孔
sat
sat
寒草甸，植被稀疏、植株矮小。年降水量为 400~ 隙度（单位：m·m ）；b 为土壤水分特征曲线形状
-3
3
500 mm，其中降水量较高的区域主要分布在东部 参数；ψ 为土壤水势（单位：m）；θ 为土壤水分（单
和西北部，西南地区降水量较小。受南亚季风影 位：m·m ）。
-3
3
响，约占全年3/4的降水发生在6-8月。 上述土壤孔隙度 θ 、土壤水分特征曲线形状
sat
那曲温湿度观测网建于 2010年 7月到 2012年 6 参数 b 和饱和土壤水势 ψ 的估算主要参考 Zheng
sat
月，观测网内每个观测点都包含 4 个 EC-TM 或 et al（2015a）的参数化方案。Zheng et al（2015a）假
5TM传感器，每 30 min记录 5，10，20和 40 cm的土 设土壤由有机质和矿物质组成，土壤孔隙度 θ 、土
sat
壤水分和土壤温度。前期分别在每个观测点都采 壤水分特征曲线形状参数 b 和饱和土壤水势 ψ 的
sat
集了 4 个不同深度的土壤样本，并通过室内实验获 计算可采用：
取了相应的土壤有机碳含量（m ）、砂土含量（% θ sat = (1 - V soc )θ sat，min + V soc θ sat，soc （2）
soc
sand）、黏土含量（%clay）和粉砂含量（%silt）。该观 （3）
b = (1 - V soc )b min + V soc b soc
测网的更多详细信息可参考Yang et al（2013）。
ψ sat = (1 - V soc )ψ sat，min + V soc ψ sat，soc （4）
考虑到那曲土壤温湿度观测网一些站点存在
式中：V 表示土壤有机碳的体积占比；θ 是矿
观测资料缺失或不连续的情况，以及气象条件对土 soc sat，min
-3
3
质土的孔隙度（单位：m·m ）；θ sat，soc 是有机质的孔
壤温湿度的影响较大，本文选取了数据完整的 32
3
-3
隙度，取值为 0. 83 m·m ；b 是矿质土的土壤水
min
个观测站在 4 个不同深度的土壤温湿度观测资料
分特征曲线形状参数；b 是有机质的土壤水分特
soc
［图 1（b）］，时间段为 2012-2014 年的暖季。此外， 征曲线形状参数，取值为 12；ψ 是矿质土的饱
同时收集了这 32 个站点 4 个不同深度的土壤有机 sat，min
和水势（单位：m）；ψ sat，soc 是有机质的饱和水势，取
碳含量、黏土含量和砂土含量数据，用于分析土壤
值为-0. 0101 m。土壤有机碳的体积比 V 和矿质
soc
有机质含量对土壤温湿度廓线及其空间分布的
土的土壤水力参数（θ 、b 、ψ ）的计算可采
影响。 sat，min min sat，min
用：
为了探讨不同深度土壤水分含量在 2013 年暖 ρ (1 - θ
s，min
季随降水的变化特征，本文进一步使用了中国区域 V soc = [ ρ (1 - m soc ) + ρ sat，min )m soc ] （5）
(1 - θ
高时空分辨率地面气象要素驱动数据集（He et al， b，soc s，min sat，min )m soc
θ = 0.489 - 0.00126( sand ) （6）
2020）中的降水产品，该产品时间分辨率为每 3 h， sat，min
b min = 2.91 + 0.159(clay ) （7）
空间分辨率为0. 1°。
ψ sat，min = -0.01 × 10 1.88 - 0.0131(sand ) （8）
3 研究方法 式中：ρ s，min 是矿质土的颗粒密度，取值为2700 kg·m ；
-3
ρ 是有机质的容重取值为 130 kg·m ，m 是土壤
-3
首先利用相关分析法分析了土壤有机质含量 b，soc soc
-1
与土壤温湿度的空间相关，然后使用土壤温度的滞 有机碳含量（单位：kg·kg ）；sand 表示砂土含量
（单位：%）；clay表示黏土含量（单位：%）。
后信息评估有机质含量对土壤导热的影响，最后通
过对土壤水力及热力性质的估算进一步探索有机 3. 3 土壤热力性质的估算
质含量对土壤温湿度廓线的影响。下面将对土壤 热惯量是用来表示物体影响土壤温度的变化
温度滞后、土壤水力及热力性质的估算作详细 程度，被定义为：
介绍。 P = λ s C s （9）
3. 1 土壤温度的滞后 式中：P表示热惯量（单位：J·m ·K ·s ）；C 表示
-1
-2
-1/2
s
采用暖季其他深度（10，20 和 40 cm）日最高土 土壤的体积热容量（单位：J·m ·K ）；λ 表示土壤
-3
-1
s
壤温度较 5 cm 日最高土壤温度所对应的时间差作 的热传导系数（单位：J·m ·s ·K ）。
-1
-1
-1
为土壤温度的相位差，该温度相位差即为其他深度 上述土壤体积热容量 C 和土壤热传导系数 λ 的
s
s