Page 7 - 《高原气象》2025年第6期

6 期 王梓月等：青藏高原有、无积雪下垫面反照率及微气象特征对比研究 1415
那曲站位于念青唐古拉山脉与唐古拉山脉之间的 利用青藏高原区域耦合地形效应的日地表反
河谷地带中， 地势开阔平坦， 海拔 4509 m， 有明显 照 率 数 据 集（2002 -2020 年）（闻 建 光 等 ， 2022）
的藏北高原高寒草甸下垫面特征， 位于季节性冻土 （https： //data. tpdc. ac. cn/）可以获取区域地表反照
向多年冻土过渡的地带中， 受高原季风影响明显， 率特征。该数据集基于 MODIS 反射率数据， 采用
属高原亚寒带季风半湿润气候， 干湿季分明， 年平 耦合地形因子的多源遥感数据协同反演的 BRDF反
均气温为 0. 5 ℃， 年平均降水量 380~433 mm， 降水 照率模型， 并引入先验知识进行质量控制， 反演时
主要发生在 6 -9月的高原夏季风盛行期间， 是观察 空连续好、 且在山区具有高精度的日分辨率 BRDF
高寒草甸生态系统中陆—气相互作用的理想站点 反照率（Wen et al， 2022）。
（郑 汇 璇 等 ， 2019； Ma et al， 2020； 苏 有 琦 等 ， 2. 3 地表土壤热通量
2020； 王冠添等， 2023）。纳木错站位于纳木错湖 在测量土壤热通量 G z 时， 通常是在一定深度
畔， 背靠念青唐古拉山脉， 海拔 4730 m， 下垫面类
处埋设热流板进行测量。地表处的土壤热通量 G 0
型为高寒草甸， 属于典型的半干旱高原季风气候， 无法直接测得， 一般是根据通过土壤某一深度处的
是观察中尺度陆—气相互作用的理想场所（Ma et 土壤温度， 土壤湿度和土壤热通量 G z 进行估算。
al， 2020）。垭口站位于青藏高原东北部的祁连山 地表土壤热通量 G 0 是地表能量平衡中的一个重要
地区， 海拔 4148 m， 下垫面类型为高寒草甸， 位于 物理量， 地表土壤热通量 G 0 的准确估算有助于我
季节性冻土区中， 气候类型为明显的高原大陆性气 们更加精确地理解地-气之间的能量交换过程。
候（李弘毅等， 2012）。垭口站在秋末， 冬季和初春 现有地表土壤热通量 G 0 的计算大多是基于土壤一
常被积雪覆盖， 是一个较为理想的积雪观测站（孙 维热传导方程， 该计算方法认为各层土壤是均一
俊等， 2011）。 的， 土壤热传输的主要传输过程为分子热传导， 且
2. 2 数据来源
热量只在垂直方向传导（缪育聪等， 2012）。用基
上述观测站点中， 那曲站和纳木错站数据来源
于热传导傅里叶定律来描述任意深度上的土壤热
于国家青藏高原科学数据中心（https： //data. tpdc.
通量 G z ：
ac. cn/）中的青藏高原地气相互作用过程高分辨率 ∂ρ s c s T
（逐小时）综合观测数据集（2005 -2016 年）（马耀 ∂t = ∂G z （1）
∂z
明， 2020）， 所使用的气象要素包括气温、 相对湿 ∂T
G z = -λ （2）
度、 土壤温度、 土壤湿度、 土壤热通量、 感热、 潜热 ∂z
-1
式中： ρ s c s 为土壤热容量（单位： J·kg ·K ）； z 为土
-1
和辐射四分量。垭口站数据来自同一个数据中心
中的祁连山综合观测网： 黑河流域地表过程综合观 壤深度（单位： m）； G z 为该深度处的土壤热通量（向
-2
测网数据集（车涛等， 2019a）。该站点有两个相距 下为正， 单位： W·m ）； T 为该深度处的土壤温度
-1
-1
10 m的观测点采集数据， 时间分辨率分别为 10 min （单位： K）； λ为土壤热传导率（单位： W·m ·C ）。
和 30 min， 所使用的气象要素包括雪深、 气温、 相 对式（1）进行积分：
ref ∂T ( z )
对湿度、 土壤温度、 土壤湿度、 土壤热通量、 感热、 G 0 = G( ref ) + ρ s c s∫ dz （3）
潜热和辐射四分量。所有数据都可通过上述网站 0 ∂t
式中： G( ref ) 为任意深度处的土壤的通量（向下为
直接下载获取。
正， 单位： W·m ）。在计算冻融期内土壤热容量
-2
本文旨在分析不同年份同一时段中地表存在
时， 需考虑冰水相变引起的土壤热容变化：
及不存在积雪覆盖时的地表反照率的差异以及微
（4）
气象特征。通过观测资料分别在三个站点确定研 ρ s c s = ρ dry c dry + ρ w c w θ + ρ i c i θ i
-3
-1
究时段： 那曲站有积雪存在时段选择为 2012年 1月 式中： ρ dry c dry 为干土壤热容（单位： J·m ·K ）， 取值
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-1
12 -23 日， 无积雪存在的时段为 2014 年 1 月 12 -23 为0. 9×10 ； ρ w c w 为液态水热容（单位： J·m ·K ）， 取
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日； 纳木错站有积雪存在的时段为 2006 年 12 月 值为4. 18×10 ； ρ i c i 为冰的热容（单位： J·m ·K ）， 取
6
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3
17 -31 日 ， 无 积 雪 存 在 的 时 段 为 2007 年 12 月 值为 1. 94×10 ； θ 为土壤含水量（单位： m·m ）； θ i
17 -31 日； 垭口站有积雪存在的时段为 2015 年 12 为土壤含冰量（单位： m·m ）。假设冻融期中土壤
3
-3
月 1 -7 日 ， 无 积 雪 存 在 的 时 段 为 2016 年 12 月 含水量的改变是因为土壤中的冰-水相变引起的
1 -7日。 （李光伟 等， 2019）：