青藏高原典型多年冻土区积雪在地气能水交换过程中的作用研究

The most extensive component of the cryosphere, snow cover is also the most rapidly and seasonally changing cryospheric variable. Due to the major thermodynamic influences: high albedo, high emissivity, low thermal conductivity, latent heat sink, and hydrological effects of snowmelt, snow cover plays a significant and complex regulating role in the heat and water exchange processes between soil and atmosphere. The net effect of snow cover and its magnitude depends on its processes and physical characteristics, interactions of micrometeorological conditions, underlying surface condition, etc. The role is particularly important in the permafrost zone, and even is one of the decisive factors in the development and distribution of permafrost. Based on the observation of the processes and physical characteristics of snow cover, the surface energy balance, water and heat process of active layers, and related meteorological elements in the typical permafrost regions (Tanggula and Xidatan), the characteristics of the snow cover processes and the relationships will be analyzed. More suitable schemes of snow cover parameterization for the Plateau will be constructed on the basis of the parameters obtained from observation. Combined with land surface model, the influence of different snow cover conditions in the heat and water exchange processes between soil and atmosphere will be simulated. The processes and magnitude of impacts will be quantitative description. The role and mechanism of snow cover processes in permafrost regions on the Plateau will be identified.

积雪是分布最广泛、变化最迅速、季节性最强的冰冻圈要素。它凭借高反射率、高发射率、低导热率和高融化潜热等热力学特性以及融雪水文效应对地气间能水交换过程具有显著且复杂的调节作用，其综合影响结果取决于积雪过程和其物理特性、气象条件以及下垫面状况等诸多要素。这种作用在多年冻土区尤为重要，甚至是决定多年冻土发育和分布的重要因素。本项目拟在典型多年冻土区（唐古拉和西大滩）开展对积雪过程、地表能量平衡、活动层水热、雪层物理性质变化和相关气象要素的观测和分析，研究积雪过程特征及其与能量平衡和活动层水热动态的关系，同时结合模型模拟的手段，基于观测获取的相关参数构建适合于青藏高原多年冻土区陆面过程模拟的积雪过程参数化方案，模拟研究不同状况积雪在地气间能量交换过程中影响过程和程度大小，查明高原多年冻土区积雪过程的作用和机理。

积雪是分布最广泛、变化最迅速、季节性最强的冰冻圈要素。它凭借高反射率、高发射率、低导热率和高融化潜热等热力学特性以及融雪水文效应对地气间能水交换过程具有显著且复杂的调节作用，其综合影响结果取决于积雪过程和其物理特性、气象条件以及下垫面状况等诸多要素。这种作用在多年冻土区尤为重要，甚至是决定多年冻土发育和分布的重要因素。本项目在典型多年冻土区开展了对积雪过程、地表能量平衡、雪层物理性质变化和相关气象要素的监测研究，结合模型模拟的手段，试图查明高原多年地区积雪过程及其在地气能水交换过程的作用和机理。课题首先研究发现SR-50能够很好地获取实时的积雪深度数据。量化地研究了积雪的厚度和持续时间特征，结果显示青藏高原公路沿线多年冻土区积雪出现的频次较高，但厚度较薄，消融速度较快且不易长时间连续存在。首次使用激光雨滴谱仪给出了不同降水类型颗粒直径与降落速度之间的关系。通过对比观测给出了雨滴谱仪记录固态降水和液态降水时的粒径修正系数，并给出了T-200B 雨量筒固态降水量的修正方案，经过验证可信度较高。并基于SR-50监测的雪深数据对冬季固态降水量进行了校准，校准后的降水量在冬半年有显著增加。研究了日雨型和夜雨型降水对辐射通量和地表热通量的影响特征及其差异性。我们定量地研究了积雪对地表反照率的影响过程和程度，并探讨了积雪对地气间能量过程的影响机制和程度。高原降雪后易形成积雪，地表反照率急剧增大导致反射短波辐射变化明显，净辐射明显较小甚至变为负值，地表土壤热通量显著降低。我们对比了不同持续时间和不同厚度的积雪事件对地气温差的影响，并结合模型模拟的手段发现只有较厚的积雪且能够持续至少半月以上的积雪事件才会起到保温的作用，其他积雪事件均对土壤表层温度起到显著的降温作用。研究发现积雪是影响地表冬季指数的一个关键因素。降水对活动层温度的影响主要是降温，对10cm 处土壤的降温幅度达4℃左右，最大影响深度可达100cm 左右。