作为地球“第三极”,青藏高原的地表过程变化深刻影响着区域乃至全球气候.在青藏高原变暖变湿的背景下,冰川积雪加速融化、植被持续变绿,高原地表总体呈现变暗特征,即地表反照率持续下降.过去的研究主要集中在评估高原地表变暗对区域、周边地区乃至全球的气候效应,而高原地表变暗如何影响局地冻土与生态系统仍不清楚.为此,本文利用陆地过程模型ORCHIDEE-MICT开展模拟实验,定量评估了高原地表变暗对区域冻土与生态系统的影响.结果表明,高原地表变暗导致的气候变化会导致高原冻土面积减少（1.1±0.019）×104km2,多年冻土活动层的平均厚度增加约（0.06±0.0004）m,季节冻土最大冻结深度平均减少约（0.06±0.0016）m.相比之下,高原地表变暗会增加叶面积指数,提高总初级生产力,最终导致高原陆地碳储量增加（0.81±0.001）PgC.研究结果强调了高原地表变暗对冻土与生态系统的跨圈层影响,有助于深入理解高原持续变暖变湿下冻土退化风险,并为建设国家生态安全屏障提供重要科学依据.

气候暖湿化背景下，青藏高原地区大气水汽含量的增大通过影响地表辐射进而影响多年冻土地表能量分配及其热稳定性。以青藏高原中部北麓河地区的气象数据与活动层水热数据为基础，分析了2 m处空气相对湿度和夏季典型降雨事件对地表反照率及辐射四分量的影响。结果表明：大气水汽通过削弱太阳短波辐射，吸收地面长波辐射，增加向下长波辐射，进而降低地表反照率。大气水汽对地表辐射的影响具有明显的季节性特征，夏季大气水汽对太阳短波辐射的削弱作用最明显，并且发射的向下长波辐射较多；冬季大气水汽对太阳短波辐射的削弱作用相对较弱，发射向下长波辐射较少。在研究时段内北麓河地区夏季和冬季空气相对湿度每增加10%，太阳短波辐射日均值分别减少54.9和9.8 W/m2，向下长波辐射日均值分别增加14.8和3.9 W/m2。秋季空气中水汽含量的变化对地表反照率的影响最大，秋季空气相对湿度每减小10%，地表反照率增加0.15；春季最小，春季空气相对湿度每增加10%，地表反照率仅降低0.01。夏季不同典型降雨事件导致近地表水汽密度和浅层土壤含水量增大，使地表反照率降低。夏季不同类型降雨事件对...

青藏高原地表辐射变化影响多年冻土地表能量收支平衡、热工计算温度场边界条件以及冻土热稳定性。降雨变化是影响地表辐射的重要因素,以青藏高原北麓河地区的地表辐射资料和浅层地表水热监测数据为基础,分析了降雨对多年冻土区地表辐射特征的影响。研究表明:受降雨影响,辐射分量具有明显的日变化和年际变化特征,短波辐射被严重削弱,地面长波辐射削弱程度较低,而太阳长波辐射增强。小雨作用后,太阳短波、地面短波、地面长波辐射日积分量分别减少24.6%、37.9%、4.2%,太阳长波增加了4.3%;中雨作用后,太阳短波、地面短波、地面长波辐射日积分量分别减少32.2%、43.4%、1.7%,太阳长波增加了11.6%;大雨作用后,太阳短波、地面短波、地面长波辐射日积分量分别减少56.3%、65.5%、4.4%,太阳长波增加了10.7%;降雨作用后地表反照率减小,且呈不对称"U"形变化,地表净辐射增加,长期时间尺度上降雨对净辐射影响不明显;降雨对辐射特征的影响程度与降雨强度呈正相关且地表辐射对降雨变化的响应有滞后效应。在暖湿化背景下,冻土热工计算中应考虑降雨对多年冻土区地表能量平衡和水热边界的影响。

准确获取青藏高原地表反照率的季节变化特征对高原地表能水循环研究具有重要意义。本文利用青藏高原多年冻土区西大滩和唐古拉2007年的气象及辐射数据,运用相关分析方法研究了太阳高度角、积雪及活动层冻融过程对地表反照率变化的影响。结果显示:冷暖季降雪过程中地表反照率的变化差异较明显;地表无积雪覆盖期间,地表反照率与气温和表层土壤含水量呈反相关关系。利用多元回归分析法构建了以积雪日数和气温为影响因子的月均地表反照率计算回归方程,经检验与观测值对比平均相对误差为7.1%,可用于青藏高原北部地表反照率的估算。

利用2008年7月-2010年10月祁连山区西段疏勒河上游流域多年冻土区苏里梯度观测系统的辐射数据,分析了该区域的辐射变化特征。结果表明,向下短波辐射、向下和向上长波辐射、净辐射月总量季节性变化明显,冬、春季较小,夏、秋季较大;向上短波辐射月总量的季节变化不明显。日平均向下短波辐射、向下和向上长波辐射有明显的季节变化,1月或12月达到最小值,6月或7月达到峰值;1-3月和12月日平均向上短波辐射振幅变化较小,而4月和10月则变化较大。净辐射日变化冬、春季较小,且振幅也较小,夏、秋季较大,且振幅也较大;辐射四分量的日变化都呈单峰型。生长季节的地表反照率较小,非生长季较大;每年10月地表反照率的日平均变化起伏较大,日变化基本呈"U"形,早晚高、中午低。

利用青藏高原冰冻圈观测研究站西大滩、五道梁和唐古拉自动气象站(AWS)2006—2007年的辐射观测资料,分析了藏北高原多年冻土区不同下垫面的地表反照率特征.结果表明:该地区地表反照率在四季都表现出明显的日变化特征,呈U形,早晚大,中午小.日平均和月平均地表反照率有相同的年变化特征,且冬半年的地表反照率远远大于夏半年.受积雪的影响,地表反照率年均值较高,夏季最小,冬季最大,春季大于秋季.针对3种不同植被类型的下垫面,在四季反照率都有高寒草甸(唐古拉)<高寒草原(西大滩)<荒漠草原(五道梁)的特点.

根据青藏高原唐古拉山多年冻土区2005年6月24日10月16日的总辐射、分光辐射和分光反照率观测资料,利用总辐射和大气层顶太阳辐射的比值——日有效透射率Teff,用聚类分析法将资料划分为晴天、多云和阴天三类天气,分析了该地区夏、秋季节总辐射、分光辐射比例和分光反照率的日变化和季节变化规律.结果表明,夏季总辐射与大气层顶的差值和日际变化幅度最大,秋季以后这种差值和日际变化幅度减小.天空状况对分光辐射比例和地表反照率均有影响,表现为近红外辐射比例晴天比阴天大,可见光比例晴天比阴天小,各波段反照率晴天均比阴天大.反照率在夏季最低,秋季较高,反照率的日变化有依存分光辐射比例的关系,这大致可以解释地表反照率依存太阳高度角而变化的现象.无积雪地面反照率近红外波段大于可见光波段,地表有积雪时,反照率明显不同,其可见光波段反照率大于近红外波段反照率.功率谱分析表明,日有效透射率Teff存在着2～3 d的周期,它是该地区天气系统活动影响太阳辐射收入的一个反映,指示出唐古拉山地区天气系统亦有2～3 d的周期性.

多年冻土的形成、发展和存在状态与地表能量平衡中各要素的变化特征密切相关,青藏高原地表能量平衡方程中各要素的变化具有如下特点:1)年总净辐射和年总辐射量均比较高;2)地表反照率一般较低,绝大多数下垫面类型的反照率在0.4以下;3)大部分地区地表的地气热交换总量中,蒸发耗热较小,感热交换量远大于蒸发耗热量,占辐射平衡总量的70%左右;4)目前大部分多年冻土地区的土壤热通量为正值,导致多年冻土处于退化过程中.针对高原地区辐射比较强的特点,在青藏公路五道梁北坡进行了减少沥青路面辐射增温的试验.结果表明:在沥青路面刷涂白色或浅色涂料可以有效保护沥青路面下的多年冻土,其中白色路面可以使路面下4 m处的地温降低1℃以上.