藏北高寒草地土壤冻融循环特征及水热过程模拟
文献类型：学位论文
| 作者 | 冉洪伍 |
| 答辩日期 | 2019-07-01 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 成都 |
| 导师 | 范继辉 |
| 关键词 | 藏北高原 高寒草地 冻融过程 水热耦合模型 数值模拟 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 其他题名 | Freezing-thawing cycle characteristics and hydrothermal process simulation of alpine grassland in northern Tibet |
| 英文摘要 | 土壤冻融循环是高原河流径流变化的重要影响因素，也是寒区农牧业发展的重要依托。近年来，随着全球变化问题的日趋严峻，全球变化背景下的寒区冻土退化问题也成为寒区研究的焦点问题，青藏高原作为东亚众多河流的发源地，冻土冻融过程的变化必将影响区域水文循环，进而对我国乃至亚洲的水资源分布以及气候产生重要影响。因此，研究青藏高原冻土冻融循环过程对于农业生产、寒区水资源管理有着重要的意义。因此，本论文以藏北高寒草原和高寒湿地为研究对象，通过布设500cm深度的剖面水热自动观测系统，研究藏北高原高寒冻融循环的规律，在此基础上基于Harlan模型的理论基础提出适用于藏北高寒草原的冻融水热耦合模型，并将模型运用至未来气候情景中，以期预估未来全球变化下藏北高寒草原的土壤水热变化过程。主要研究结果如下：（1）基于为期3年的500cm深度剖面土壤温度、土壤含水率的野外监测数据，分析了藏北高寒草原和高寒湿地两种生态系统土壤冻融过程特征及水热变化差异，结果表明：高寒草原与高寒湿地土壤均从11月初开始冻结，次年4月初完全融化；土壤自上而下发生冻结，冻结锋面两端向外双向融化；藏北草原土壤的冻融过程可以划分为初冻期、稳定冻结期、消融前期、消融后期四个阶段，其中高寒草原平均冻结深度是130cm，平均冻结天数158天，高寒湿地平均冻结深度138cm，平均冻结天数161天；各层土壤温度和含水率的年变化均呈准周期性变化，变化幅度随深度增加而减小，且土壤温度传递存在延迟现象；高寒草原和高寒湿地的温度变化活跃层均为10cm、100cm-300cm；温度稳定层均为20cm-40cm、400-500cm；高寒草原和高寒湿地的水分活跃层为100cm以上，与土壤发生冻结土层一致；水分稳定层为150cm以下；高寒草原与高寒湿地冻结土壤的温度和含水率均满足 关系式。（2）高寒草原与高寒湿地冻结深度和气温正负积温之间有很好的相关性，其关系可以用一次、二次、三次多项式表示；影响高寒草原与高寒湿地浅层土壤温度含水率的主要环境因素是气温、相对湿度、净辐射，影响深层土壤温度的主要环境因素有气温、净辐射，而深层土壤含水率几乎不会受到外界环境影响；100cm以上的土壤温度含水率和气温、相对湿度、净辐射等环境因子的多元回归分析，表明除100cm含水率和环境因子的多元回归方程不显著外，其余都可以和各环境因子建立显著的多元回归方程。（3）在Harlan模型的水热运移方程基础之上，将得到的冻融过程土壤温度和水分的关系方程作为模型的联系方程，采用RETC软件确定Van-Genuchten模型中的五参数以及饱和导水率提供模型的水分运动参数，经验方程确定土热参数，基于野外实测值确定边界条件与初始条件，运用有限差分法和追赶法求解模型的定解；模拟结果表明该模型对藏北高寒草地土壤的温度有较好的模拟效果，可以对其加以应用；虽然该模型对藏北高寒草地土壤含水率的模拟效果并不是特别理想，但在一定程度上依然能够反映藏北高寒草地土壤的冻结-融化过程。（4）利用模型，对未来气候变化情景下藏北高寒草原气候以及土壤水热变化进行了预估，结果表明：在未来1.5℃升温阈值下，RCP8.5情景春季和冬季升温幅度大于RCP4.5情景，在2.0℃升温阈值下，RCP8.5情景各季节升温幅度均低于RCP4.5情景；不同排放情景在相同升温阈值下冻结的天数和深度均没有显著的变化；相同排放情景下的2.0℃升温阈值冻结天数显著小于1.5℃升温阈值，冻结深度也显著小于1.5℃升温阈值；对未来气候变化下影响土壤冻融过程的其他因素做了定性分析，降水对冻融过程的影响还有待进一步研究，未来植被盖度增加会使土壤冻结深度增加且延长冻结的时间，对减缓青藏高原冻土的退化有积极的作用，未来积雪减少会导致土壤温度的增加，减小冻结深度和土壤冻结的时间，加速冻土的退化过程，过度放牧、开垦耕地等经济活动会导致土壤冻结深度的降低，加速冻土的退化。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 103 |
| 源URL | [http://ir.imde.ac.cn/handle/131551/33949]  |
| 专题 | 成都山地灾害与环境研究所_山地表生过程与生态调控重点实验室 |
| 作者单位 | 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 冉洪伍. 藏北高寒草地土壤冻融循环特征及水热过程模拟[D]. 成都. 中国科学院大学. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：成都山地灾害与环境研究所
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