活动层内部的冻融锋面是冻融过程中冻结土层与融化土层的分界面,其上下土层的水热参数有着显著差异。在陆面过程模式中准确描述冻融锋面的移动过程将有助于提高其对多年冻土水热过程的模拟能力。本研究首先将Noah-MP陆面过程模式的模拟深度扩展到20 m,并将原模式的4层土层增加到19层土层,同时引入前人的有机质方案和植被根系方案,然后在此基础上,通过耦合Stefan方法以加强模式对冻融锋面的模拟能力,进而探究耦合Stefan方法的Noah-MP模式对西大滩多年冻土站点水热过程的模拟效果。研究中设置了不耦合Stefan方法的CTL控制试验和耦合Stefan方法的STE对照试验来分别模拟西大滩多年冻土站点2012年0～20 m的土壤温度与土壤液态含水量,模拟结果用站点0～3.2 m内10个深度的日均土壤温度、土壤液态水含量监测数据以及3 m、6 m和10 m的年均地温监测数据来做验证。研究结果表明,由土壤温度模拟值插值得到的冻融锋面（0℃等温线）有明显阶梯状特征,最大冻融深度与实测相比偏大。耦合Stefan方法增强了Noah-MP模式模拟冻融锋面的能力,使得模式能够基于Stefan方法较好地模拟出冻...
利用玉树隆宝湿地的观测资料,分析了未冻结、冻结和冻结有积雪覆盖三种情况下动量通量和感热通量的日变化情况,计算了三种情况下动量总体输送系数、感热总体输送系数、动力学粗糙度和热力学粗糙度,分析了附加阻尼和粗糙度雷诺数的关系,并将三种附加阻尼的参数化方案进行了比较,结果表明:冻结状态下动量通量和感热通量的日变化幅度最大,冻结有积雪覆盖时,动量通量和感热通量的日变化幅度最小。动量总体输送系数CD和感热总体输送系数CH的值在冻结时最大,冻结有积雪覆盖时最小,动力学粗糙度和热力学粗糙度在冻结状况下最小,冻结有积雪覆盖时最大。未冻结、冻结和冻结有积雪覆盖状态下,三种附加阻尼kB-1参数化方案中,幂函数型方案较为合适。
针对青藏高原植被稀疏、土壤颗粒较粗糙的特征,基于Noah陆面过程模型（LSM）,模拟了植被和土壤对整个高原多年冻土分布和关键属性特征（包括活动层厚度和年平均地温）的影响,并通过野外调查数据对模拟结果进行了评估。结果表明:在考虑稀疏植被和粗糙土壤后,改进的Noah LSM对青藏高原多年冻土分布和属性的模拟性能都有所改善;多年冻土面积由原始Noah模型模拟的1.216×10～6km2减少到1.113×10～6km2,模拟的空间差异主要出现在多年冻土与季节冻土的过渡区及高原南部的岛状多年冻土区;模拟的高原平均活动层厚度由原始Noah模型模拟的2.55 m增加到2.92 m,年平均地温也由-2.17℃增加到-1.65℃。总之,青藏高原稀疏植被和粗糙土壤对多年冻土有重要影响。
利用青藏高原东北部地区阿柔冻融观测站2013年5月至2014年11月观测资料,对通用陆面过程模式（CLM4.0）和动态陆面过程模式（DLM）青藏高原高寒地区土壤湿度模拟性能进行了评估。结果显示两种模式均能够较好的反映浅层（<40 cm）土壤湿度动态变化,然而显著低估非冻结期土壤湿度;通过土壤有机质含量对土壤湿度模拟敏感性分析发现模式模拟土壤湿度偏干可能与模式中土壤有机质方案不足有关。在此基础上改进DLM模式土壤有机质和冻土液态水渗透方案,实验结果表明新参数化方案显著提高了高寒、高有机质含量地区模式土壤湿度模拟,平均偏差（BIAS）、均方根误差（RMSE）,均方差（MSE）和相关系数（R）分别达到0.032 m3·m-3,0.078 m3·m-3,0.010 m3·m-3和0.866。
评述了高原活动层水分的野外观测和参数化方案.其中,基于观测数据的数理统计,无法准确获取较大时空尺度上活动层水分迁移特征.为此,通过是否分别考虑未冻结和冻结状态两条途径,建立了4类活动层水分参数化方案:1基于土壤含水量的Clapp-Hornberger公式等;2引入土壤温度的克拉贝龙方程与Clapp-Hornberger公式耦合;3引入冰的阻塞作用;4通过土壤温度和含冰量修正的Clapp-Hornberger推广式.但这些方案对冻结期的水分迁移模拟结果并不理想,仍需进一步的改进.
使用CoLM模型,以青藏高原冰冻圈观测研究站设在唐古拉综合观测场的气象资料作为驱动资料,在青藏高原多年冻土区的唐古拉地区开展了单点模拟试验。通过和该站点同期实测资料对比发现:CoLM模型对高原多年冻土区的辐射通量各分量的模拟效果较好;对潜热通量的模拟误差较大,感热和地表热通量的模拟相对较好;模型能够很好地模拟活动层浅层土壤温度,但随着深度加深,模拟的温度较观测值有所低估。研究表明CoLM模型能较好地模拟多年冻土区地表与大气的能水交换过程,对其进行一些适应性改进后将能得到更好地应用。改进模型的土壤水热参数化过程尤其是添加未冻水参数化方案是将其应用到冻土区首先要解决的问题;再者扩展模型的模拟深度也十分必要。
【中文摘要】建立我国西南地区降水中稳定同位素的监测系统，揭示该地区水循环中稳定同位素的时空变化特征，追踪不同气象条件下降水中稳定同位素的变化过程，分析降水中稳定同位素的变化范围，评估不同影响因子对降水中稳定同位素的影响。利用稳定同位素动力分馏模式和引入稳定同位素效应的陆面过程模式模拟和分析季风区水循环中稳定同位素的时空变化规律、陆面蒸发中稳定同位素的变化特点及其对大气水汽和降水中稳定同位素的影响，建立稳定水同位素与各影响因子之间的关系。通过对取样区降水中稳定同位素的监测以及与可降水量之间的比较，对影响我国西南水汽通道上降水的水汽来源进行识别，揭示不同水汽来源、不同水汽输送方式、不同地理条件对降水中稳定同位素的影响。为进行水汽来源分析、实施流域水汽监测、定量恢复沉积物中的古气候、古环境记录提供稳定同位素的证据。
2009-01为了揭示青藏高原高寒地区土壤冻融过程对地表-植被-大气三者之间能量-水分循环的影响,在青藏高原风火山左冒孔流域(长江源)开展了不同植被盖度条件下冻土活动层水热状态的野外观测(在30%、60%、90%的草甸盖度下观测分层土壤水分及温度)和相关试验.选取考虑了积雪、植被覆盖及枯枝落叶层对土壤冻融影响的水-热-盐分耦合模型SHAW为动力学约束模型,进行参数率定及其模拟计算.结果表明:青藏高原地气间的能量交换主要受冻土、植被生长和地表土壤含水量的影响,并且呈明显的季节性变化;未退化高寒草甸草地对青藏高原冻土具有明显的隔热保温作用,可以降低冻土对气候变化的响应.在土壤活动层冻结过程期间,土壤水分具有向表层和深层两向分流汇聚的特征,植被覆盖变化对水分运移通量有明显影响.
陆面过程的研究对于更好地认识气候和天气系统的演变规律、陆地-大气水热交换过程、人类活动对气候和环境的影响等具有重要意义.建立了综合考虑土壤冻融、土壤水汽通量、植被覆盖和陆面-大气近地层水热交换的一维冻土-植被-大气连续体模型,模拟了固液相变、汽态水迁移、土壤水、汽、热耦合迁移等过程,反映了液态水从未冻区向冻结区迁移、冻结及其引起的潜热迁移的冻土物理本质,也反映了汽态水分从高温区向低温区迁移所引起的温度及水分场的变化,并对模型进行了检验.水分运动方程采用混合Richards方程,可适应各种边界条件.土壤水热传输模型求解引入了修正的Picard迭代法,不仅使计算迭代收敛更快,而且能更好地保证数值计算过程中的水量平衡.结合GAME/Tibet实验1998年5月份、7月份的观测数据,应用该模型对青藏高原安多观测点的水热交换过程进行了模拟分析.模拟结果表明:土壤的冻融过程对地温变化会产生负反馈作用;若净辐射相同,土壤表层含水量较高的情况下考虑冻结时其地热通量在冰融化时明显增加,显热通量减少,而潜热通量变化不大,但是冻结时各通量的变化不明显;而土壤发生融化时,尽管地热通量增加,但是地表温度仍然减小...