土壤冻融条件下的陆面过程研究综述.pdfVIP

第16卷第6期 水科学进展 V01．16．No．6 2005年¨月 ADVANCESINWATERSCIENCE Nov．．2005 土壤冻融条件下的陆面过程研究综述 周余华1，叶伯生2，胡和平3 (I．美国麻省理工学院土木与环境工程系；2．中国科学院寒区早区工程与环境研究所，甘肃兰州730000 3．清华大学水利水电工程系，北京 l00084) 摘要：冻土是全球中高纬地区和高山地带普遍存在的自然现象，它对全球以及区域性气候、水循环、水平衡等都有 着巨大的影响，土壤冻融条件下的陆面过程正是这种影响的重要环节，介绍了土壤冻融条件下陆面过程的研究现 状，特别是在大气环流模型(GcM)中引入水文陆面模型以来陆面过程研究的迅猛发展，对现在国际上正在进行的考 虑冻土的陆面过程研究项目，如陆面过程参数化比较计划的第二阶段第五期PI鹏(2E)以及美国NAsA的寒区陆面 过程实地试验计划也进行了介绍，并在此基础上对土壤冻融条件下陆面过程的发展趋势进行了分析。 关键词：陆面过程；冻土；地气水热交换；土壤冻融 文献标识码：A 中图分类号：P343．6；G353．1l 文章编号：1001—679l(2005)06一0887一05 Circulation 1969年s．M龇labeF首次在大气环流模型(General 20世纪80年代中期以来的十几年里，陆面过程这一领域的研究吸引了各国气象、水文、环境、生态、信息等多 领域的科学家…。学术界对着眼于与GcM耦合的陆面过程模型开展了十分广泛的理论研究，建立了大量的陆 数目还在不断增加。然而，目前还没有可以为决策者提供可靠的决策依据的模型，大多数的模型还停留在理论 研究的层面上怛J。而且现有的大多数陆面过程模型对均匀的覆盖稠密的下垫面研究得较多，而对冻土等复杂下 垫面因素没有考虑或者仅仅作了十分简单的概化。因此，很有必要对这一问题做深入的研究bJ。 1 土壤冻融条件下陆面过程研究的必要性 地球是由大气圈、岩石圈、水圈、生物圈、冰冻圈五大圈层组成，其中冻土圈是十分重要的组成部分，冻 土是全球中高纬地区和高山地带普遍存在的自然现象[4|。冻土可分为多年冻土、季节性冻土和瞬时冻土3种， 其中永冻土主要分布于极地和极地区域以及纬度较低的高山地带，季节性冻土和瞬时冻土分布范围则更为广 泛。统计数据表明，全球冻土区约占陆地面积的67％左右，如此广泛分布的各种冻土对全球以及区域性气候、 水循环、水平衡有着不可估量的重要意义，这一领域的研究正越来越引起人们的重视[s～7|。 2土壤冻融条件下陆面过程的特殊性 冻土因其广泛的分布面积和与相变有关的巨大的冷储量，以及由于其对水分、气体和化学物质运移的屏障 作用所可能导致的地表反射率、土壤湿度和云量等的变化，对气候变化起到很大的反馈作用。 冻土和融土的区别主要在于其中有冰，由于冻结过程中土壤中水分相变，使得季节冻结层在形成过程中滤 去了环境变化在地表所形成的地温波，而在季节融化层的形成过程中则滤去了正温波，土壤水分相变所引起的 能量变化对环境变化的调节作用十分强烈。从其物理特性的变化可清楚地看出冻土对陆面过程的影响[2I： 收稿日期：2004．08．1l；修订日期：2004。11．20 作者简介：周余华(1976一)，美国麻省理工学院土木与环境工程系博士研究生，主要从事水文陆面过程研究。 888 水科学进展 第16卷 wm-1·K一，冰2．2 (1)土壤水热特性的变化，如水的热传导率为0．57 4．2Ⅲ·m-3·K_。，冰为1．9 阻抗，导致土壤导水率的降低，水热特性的变化将影响土壤的温度、含水量、土壤人渗率和径流产流量。 胆+G+Q村，R。为净辐射；日为显热；皿为蒸发潜热；G为地表热通量；Q|lf为冰的融解潜热。 同时，在土壤冻融过程