寒区侵蚀产沙过程受到冰川消融、融雪及土壤冻融的影响。气候变化下该过程存在极大不确定性。完善现有分布式水沙模型以量化冰冻圈要素的影响是解析该过程的重要方向。基于广泛的文献调研，总结这3类要素如何影响侵蚀产沙过程及相关模型算法，并比较多个模型在寒区的适用性。发现：1)冰川主要通过冰川径流(其计算包括冰川动态算法、冰川融水量的计算及不同分配方式)和基岩侵蚀(其计算可采用经验方法得到冰川区总输沙量后与水沙模型耦合)2方面影响侵蚀产沙过程；2)融雪过程增加地表产流，因此融雪量常被视为动能为0的降雨参与侵蚀计算；3)土壤冻融作用包括冻融深度影响产流量、冻融循环增加土壤可蚀性以及冻融深度对土壤可侵蚀范围的限制；4)现有模型对冰冻圈径流过程的考虑较完善，但对冰川消融和土壤冻融影响下的侵蚀产沙考虑不足。为此，建议在现有模型基础上补充相关算法完善模型结构，从而提高模型在寒区的适用性，以期采用改进后的模型量化冰冻圈要素对侵蚀产沙过程的影响，帮助明确寒区侵蚀产沙过程机制及未来变化规律。
利用CMIP6模式模拟的多层土壤温度资料，结合鄂陵湖草地站土壤观测资料和欧洲中心ERA5再分析资料，评估了BCC陆面过程模式对青藏高原土壤冻融过程的模拟能力。结果表明：BCC-CSM2-MR对青藏高原冻融总天数，特别是对于消融过程阶段的模拟接近观测值，但其完全冻结阶段和消融过程阶段的日期都有所推迟，可能与陆面模式物理参数化过程不完善导致土壤温度下降更慢有关。BCC-CSM2-MR对青藏高原土壤冻结时段前期的冻土深度变化曲线模拟效果最佳，但由于网格分辨率低且对地形刻画不准确，BCC-CSM2-MR不能模拟出青藏高原西南部相间分布的冻土深度特征。BCCCSM2-MR可以模拟青藏高原土壤温度在1985～2014年的升高趋势。对于气候倾向率空间分布，BCC-CSM2-MR模拟结果相较于集合平均，在青藏高原东北部偏低而西部偏高，且不能模拟出北部存在的少量相对低值区域。
土壤冻融交替是陆地表层极其重要的物理过程,土壤冻融状态的频繁变化对地气能量交换、地表径流、植被生长、生态系统及土壤碳氮循环等均具有重要的影响。本文基于1981—2019年ERA5-LAND逐小时土壤温度数据,借助GIS空间分析功能,利用Python编程处理分析了中国东北地区近地表土壤冻融状态的时空变化特征。结果表明:从不同冻融状态起始日期的空间分布来看,近地表不同阶段的起始日期主要受纬度和地形的影响,具有明显的纬度地带性和垂直地带性。春季冻融过渡期和完全融化期的起始日期由东南向西北均呈逐渐推迟趋势,而秋季冻融过渡期与完全冻结期起始日期则由东南向西北随纬度升高越来越早。就不同冻融状态发生天数的空间分布而言,研究区南部春季冻融过渡期发生天数多于北部,西部多于东部,年均发生天数均在30 d以内;秋季发生冻融的天数空间差异不大,研究区一半以上的地区年均发生天数在10 d以内。完全融化期发生天数最多,从东南向西北呈逐渐减少趋势,年均发生天数主要介于150～240 d之间;完全冻结期发生天数则由南向北日益增多,其空间分布表现为一向南开口的簸箕形,各地年均发生天数集中于90～180 d之间。从时间变...
以位于青藏高原与黄土高原及陇南山地过渡带的甘南藏族自治州为例,基于考虑土壤冻融界面变化的陆面过程模式研究了1979-2012年冻土变化及水资源与生态系统碳通量对气候变化的响应。结果表明,甘南州气候态多年冻土面积约1. 5×104km2,季节性冻土约占2. 5×10～4km2,多年冻土最大融化深度呈增加趋势,季节冻土最大冻结深度逐渐减少,整体上冻土正随着气温上升逐步退化;尽管降雨有所增加,而气温上升引起的蒸散发增加也可能是产流减少的原因之一,其中多年冻土区更为敏感,水热变化增减率较季节冻土区大;生态系统碳循环方面,北部主要表现为碳源,南部则表现为碳汇,升温促进植被生长,使得进入生态系统的碳呈略微增加的趋势,尽管总初级生产力（GPP）与净初级生产力（NPP）呈增长趋势,但植被碳利用效率逐步减小,表明气候变化背景下生态系统固碳能力有所退化;最后经多元回归分析可知,气候变化在多年冻土区可以解释66%的NPP变化与31%的生态系统净交换量（NEE）变化,而在季节冻土区则能解释45%的净初级生产力变化。
在我国西北干旱区以季节性积雪融水为重要补给源的山区流域,温度通过影响土壤冻融循环而间接对径流产生影响。为了更好地模拟以积雪融水为重要补给水源的高寒山区的径流过程,判断不同温度指标以及冻土对径流的影响,本研究以开都河流域为例,通过改进基于系统动力学原理构建的水文模型,分析了用正积温和平均温度估算融雪速率,以及是否考虑冻土影响条件下模型对径流的模拟能力,用相关系数、Nash-Sutcliffe效率系数、均方根误差和观测标准差等评价指标对不同方案下模型的模拟能力进行了评价。结果表明用正积温估算融雪速率同时考虑季节性冻土影响情况下模型的模拟能力最高,从而证实了正积温能够更好地计算积雪融水、模拟融雪径流,且在高寒山区季节性冻土广泛发育的地区,考虑冻土的影响十分必要。
近40年来,黄河源区地温长期处于增温状态,多年冻土出现表层融化。冻土退化后,土壤含水率减少,导致寒区径流的变化。所以研究冻土为寒区水资源估算提供了重要的依据。利用土壤水分迁移方程和热传导方程,采用中心差分格式并在一定假设前提下建立起冻土水热耦合迁移数学模型。对黄河源区站点的冻融深度进行模拟,结果表明:计算值和近2 a冻土的上、下限实测值吻合较好。由此表明采用的数学模型和数值方法是合理、可信的,在此基础上讨论了土壤冻融过程的一般规律。
【中文摘要】本项目通过均质化土壤原位培养研究低温季节西南亚高山土壤温度动态与冻融特征、活性有机碳与酶活性及变化格局、活性组分沿海拔变化规律，揭示环境变化下土壤冻融格局、土壤碳与酶等响应特征。（1）凋落物缩短土壤冻结时间和减少冻融交替次数、降低冻融深度；雪被对冻融时间长度、冻融交替次数、冻结深度影响不明显；土壤温度多高于-5℃，以日冻融循环为主。（2）除EOC与POC受积雪影响不显著、POC受凋落物效应不显著外，各组分含量均受积雪与凋落物显著影响；活性有机碳组分受时间影响显著；LFOC对覆盖处理、深度、时间及交互作用响应均显著，最适作为环境变化土壤有机碳短期效应指标。（3）除纤维素酶、转化酶对积雪效应不显著外，其余酶对积雪和凋落物覆盖的效应显著；纤维素酶、转化酶和多酚氧化酶较适作亚高山短期土壤生化效应指标。（4）随冻融周期和次数增加，POC逐渐增加到一个稳定水平而LFOC随之降低；MBC随冻融次数增加而降低；冻结最低温影响POC、DOC和EOC含量；土壤含水量影响POC、MBC和LFOC。（5）POC和LFOC比例随海拔上升；腐殖质层POC（96.07%）和LFOC（87.62%）动态影响土壤碳。
2009-01我国70%以上的地区都存在着季节性冻土,它对农业经济、生态环境等都有着巨大的影响。由于冻土的特殊性,目前并不能从本质上揭示冻土水文机理,冻土条件下的土壤水分运移规律是冻土水文模拟的重要环节。本文介绍了冻土地区水文过程的特殊性,以及目前国内外对冻土水文的研究进展,并在此基础上对冻土区水文模型的发展趋势进行了分析。
