Page 7 - 《高原气象》2022年第5期

高 原 气 象 41 卷
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估算主要参考 Zheng et al（2015b）的参数化方案，其 和 10 cm 的土壤有机质含量远高于 20 cm 和 40 cm，
中土壤体积热容量C 的表达式如下： 其中 5 cm 土壤有机质含量在西北部和东部区域分
s
布较高［图 2（a）］，其他深度（10，20 和 40 cm）土壤
C s = θC w + (θ sat - θ )C air + (1 - θ sat ) f soc C soc
（10）
有机质含量的空间分布与其相似，且其他深度
+(1 - θ sat )(1 - f soc )C m
ρ （10，20 和 40 cm）土壤有机质含量与 5 cm 土壤有机
f soc = s，min m soc （11）
[ ρ s，soc (1 - m soc ) + ρ s，min m soc ] 质含量的空间分布呈显著性正相关（相关系数 R 分
式中：C 、C 、C 、C 分别表示水、空气、土壤有机 别为 0. 66，0. 54 和 0. 38），但随着土壤深度的增
soc
air
m
w
-3
-1
质和矿物质的体积热容（单位：J·m ·K ），依次取 加，其含量逐渐减小［图2（d），（g），（j）］。
6
6
值为 4. 2×10 ，1005，2. 5×10 和 2. 0×10 J·m ·K ； 对于 0~20 cm 的土壤，土壤水分含量随着深度
-1
-3
6
f 表示固体有机质的体积占比；ρ s，soc 为土壤有机质 的增加逐渐减少，高值区域主要分布在西北部和东
soc
的颗粒密度，取值为1300 kg·m 。 部［图 2（b），（e），（h）］。对于 40 cm 土壤，部分站
-3
土壤热传导系数 λ 的计算可采用（Zheng et al， 点的土壤水分含量高于 5 cm，其中东部区域部分站
s
2015b）： 点的土壤水分含量较低［图 2（k）］。总体来说，土壤
（12）
λ s = K e ( λ sat - λ dry ) + λ dry 水分含量与土壤有机质含量的空间分布在 5，10 和
{ 0 θ/θ sat ≤ 0.1 20 cm一致，但在 40 cm处不一致。表 1所示为不同
K e = （13）
log 10 (θ/θ sat ) + 1
θ/θ sat > 0.1
深度土壤有机碳含量与平均土壤温湿度的空间相
λ dry = (0.135ρ b + 64.7)/ (2700 - 0.947ρ b ) （14） 关，土壤有机质含量对 5 cm 与 10 cm 深度的土壤水
ρ (1 - θ ) ρ 分的空间分布影响较大，两者呈显著正相关，但其
ρ b = s，min sat，min b，soc （15）
ρ b，soc (1 - m soc ) + ρ s，min (1 - θ sat，min )m soc 与 40 cm 处的土壤水分含量的空间分布呈显著性负
1 - θ sat θ sat （16）
λ sat = λ soil λ w 相关。
qtz (1 - f soc ) (1 - qtz ) (1 - f soc )
f soc （17）
λ soil = λ soc λ qtz λ 0 不同深度的土壤温度空间分布相似，低值区域
式中：λ 和 λ 分别表示干土和湿土的热导率（单 主要分布在西北部和东部（即有机质含量高的区
dry
sat
-1
-1
-1
位：J·m ·s ·K ）；K 表示饱和度（Kersten et al， 域），20 cm 和 40 cm 土壤温度略低于 5 cm 和 10 cm
e
-3
1949）；ρ 为土壤容重（单位：kg·m ）；λ 为固体土 ［图 2（c），（f），（i），（l）］。不同深度的土壤有机质
b
soil
壤的导热系数；λ 、λ 、λ 、λ 分别为水、土壤有机 含量与土壤温度的空间分布相反，其中 5 cm 深度
0
qtz
soc
w
质、石英和其他土壤颗粒的导热系数，依次取值为 的土壤温度与土壤有机碳含量的空间分布呈显著
-1
-1
0. 57、0. 25、7. 7 和 2. 0 W·m ·K ；qtz 表示石英的 性负相关关系（表 1）。由此可见，土壤有机质含量
体积占比（=%sand/2）（Chen et al，2012）。 对 5 cm、10 cm 的土壤水分和 5 cm 土壤温度的空间
分布影响较大，即土壤有机质含量是控制 5 cm 和
4 结果分析
10 cm土壤温湿度空间分布的关键因子。
基于 2010-2018 年那曲土壤温湿度观测网土 4. 2 土壤有机质含量对土壤水分廓线的影响
壤水分的年际变化以及中国区域高时空分辨率地 按照 5 cm 土壤有机质含量的高低，将 32 个站
面气象要素驱动数据集（He et al，2020）降水和短 点分为 3组来进一步探讨土壤有机质含量对土壤温
波辐射的变化分析，研究发现 2012 年和 2013 年比 湿度廓线的影响，其中 11 个站土壤有机质含量较
较干旱、太阳辐射强，2014 年较为湿润、太阳辐射 低（5 cm 土壤有机碳含量为 0~2. 5%）、14 个站土壤
弱。我们的分析表明，2012-2014 年土壤有机质 有机质含量中等（5 cm 土壤有机碳含量为 2. 5%~
含量对不同年份土壤温湿度廓线的影响类似。考 5%）和 7 个站土壤有机质含量较高（5 cm 土壤有机
虑到篇幅限制，本文在结果部分主要展示了 2013 碳含量为 5%~20%）［图 1（b）展示了三类观测点的
年暖季的结果，但在讨论部分展示了不同年份土 空间分布］。图 3（a）显示了分组后不同深度的土壤
壤有机质含量与土壤温湿度廓线的空间相关分析 有机碳含量的垂直分布。土壤有机质含量随着深
结果。 度的增加逐渐减少，5 cm 土壤有机质含量高的分
4. 1 土壤有机质含量对土壤温湿度空间分布的影响 组，对应的其他深度（10，20 和 40 cm）的土壤有机
图 2显示了那曲土壤温湿度观测网土壤有机碳 质含量也高，反之亦然。
含量、暖季平均土壤水分含量和平均土壤温度在不 图 4（a）显示了按照 5 cm 土壤有机质含量高低
同深度（5，10，20 和 40 cm）的空间分布特征。5 cm 分组后 5 cm 深度的暖季日平均土壤水分含量和日