本文基于AMSR2被动微波数据和0 cm地表温度数据，对比分析冻融判别函数算法和双指标算法在东北冻土区的判别精度及适用性。结果表明：（1）两种算法的Kappa系数都在0.7以上，总体判别精度在87%以上，具有较好的性能。（2）两种算法在升轨时期的总体判别精度高于降轨时期。在使用升轨数据时，双指标算法判别精度略高于冻融判别函数算法；使用降轨数据时，冻融判别函数算法判别精度更高。（3）冻融判别函数算法对冻土的判别精度高，双指标算法在识别融土方面具有优势。（4）两种算法对多年冻土区的土壤冻融判别精度高于季节冻土区。本研究的评价结果可为东北冻土区制备高精度、长时序地表冻融数据集提供基础数据资料，为选择合适的土壤冻融判别算法提供参考。
为揭示黑土区季节性积雪—季节性冻土—粮食生产的联动关系,以春小麦为研究对象,采用积雪控制试验,设置积雪覆盖和无积雪覆盖两个处理,通过测定春小麦产量以及季节性冻土冻融期的0～100 cm土壤温度和土壤水分动态变化过程,探究季节性冻土冻融过程(冻融形成发育、土壤水热状况)在调控春小麦产量对积雪覆盖响应方面的潜在作用。结果发现:季节性冻土融化阶段的春小麦播种—出苗期10 cm土壤水分、出苗—四叶期20 cm土壤水分以及冻融期10 cm土壤冻融循环频率等土壤水分和土壤冻融循环频率参数是影响黑土区春小麦产量的主要因子,表现为黑土区春小麦产量随土壤融化阶段的播种—出苗期10 cm土壤水分、融化期10 cm土壤冻融循环频率增加而显著提高(P<0.05),而随土壤融化阶段的出苗—四叶期20 cm土壤水分、冻结期10 cm土壤冻融循环频率增加而显著降低(P<0.05)。枯水年份,上述季节性冻土的土壤水分和土壤冻融循环频率参数对积雪覆盖响应不敏感,因此,枯水年黑土区春小麦产量对积雪覆盖无显著响应。研究结果为东北黑土区应对全球气候变化、维持粮食安全生产提供科学依据。
利用2014年5月1日至2015年7月31日黄河源区鄂陵湖草地站点的实测大气强迫资料,驱动陆面过程模式CLM4.5,针对高原积雪对土壤水热过程的影响进行了敏感性试验。通过对比分析数值模拟结果发现:(1)高原积雪增加,土壤开始消融的时间有滞后,积雪越多,土壤开始融化的时间越晚,融化速率越快,土壤消融过程持续时间越短。(2)积雪在土壤处于完全冻结期时,有一定的保温作用。当积雪减少,其保温作用减弱,土壤向大气的热输送增加,热量主要以感热的形式向大气输送。积雪在土壤处于消融期时有一定的降温作用,降温作用可持续到6月份。(3)在土壤消融期,积雪有一定的增湿作用。积雪消融带来的湿土壤可增大地表吸收的辐射能量,高湿土壤有着较大的潜热输送,使得此时感热通量较低。积雪融化后的湿土壤可持续到6月份以后。
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。