青藏高原高寒草地土壤水热性质参数化研究

高寒草地（包括草甸和草原）是青藏高原主要下垫面类型，其表层土壤根系浓密、有机碳富集,对高原地表水热分配起主要调控作用。但是，当前陆面模式还不能准确模拟高原高寒草地地表水热收支过程。尽管高原上已有不少水文气象和边界层观测资料，但由于缺乏土壤水热性质数据，对关键物理过程的理解还不充分；已有参数化方案的适用性也因缺乏土壤性质数据而难以定量评估。本研究拟在高原上采集土壤剖面原状土样，测量其各种物理性质，进行以下研究：1）评估已有参数化方案，发展适用于高寒草地的土壤水热性质参数化方案，以弥补现有方案对有机碳的影响考虑不足的缺陷；2）结合卫星数据和课题组发展的高分辨率近地表气象数据，发展可用于陆面过程模拟的青藏高原土壤有机碳数据库，以解决现有高原有机碳数据不能满足陆面模拟的问题；3）评估和验证土壤有机碳对高原高寒草地土壤温湿度廓线、地表能量收支以及冻融过程模拟的影响，最终提高对这些过程的模拟精度。

高寒草地是青藏高原主要的下垫面类型之一，其表层土壤富含有机质，对高原地表的水热分配过程起重要调控作用。当前陆面模式不能描述有机质对土壤水热性质的影响，导致对地表水热收支过程的模拟精度较低。目前，尽管高原上已有一些水文气象和边界层观测资料，但由于缺乏土壤水热性质的实测数据，对关键物理过程的理解还不充分；此外，已有的土壤水热性质参数化方案的适用性也因缺乏实测数据而难以定量评估。.本研究针对青藏高原陆面过程模拟和模型发展中存在的缺乏实测土壤性质数据、以及土壤水热性质参数化方案的不确定性等问题，开展了细致研究，获得以下成果：（1）采集了青藏高原和中国北方干旱半干旱区34个通量观测站和56个土壤水分和温度观测站的原状土壤剖面样品，测量了土壤样品的水热参数并建立了数据库；以实测数据为基层调查了有机质引起的土壤性质的分层现象；（2）基于上述建立的土壤性质数据库，验证了已有的土壤性质转换函数和土壤热性质参数化方案，在此基础上发展了考虑有机质影响的转换函数和热性质参数化方案；（3）用那曲土壤温湿度观测网的数据，验证了AMSR-E被动微波传感器的4种土壤水分反演产品和全球陆面数据同化系统（GLDAS）的4种陆面过程模型模拟的土壤水分产品的精度，指出了模拟误差的原因；（4）结合申请人其他项目获得的青藏高原土壤有机质调查数据，初步建立了土壤有机质体积含量的遥感统计模型，为获得高原土壤有机质体积含量数据集，以及新参数化方案在高原上的应用奠定了基础。