青藏高原多年冻土区地表能量平衡空间分布及遥感参数化研究

Accurate estimation of the surface energy fluxes and deeply understanding of the surface energy balance process in permafrost region are the core issue in the research of permafrost land surface process, also are the important content of the climate system multi-layers energy and material exchange determination. This project is supported by Cryosphere Research Station on Qinghai-Xizang Plateau, Chinese Academy of Sciences. Based on the model TESEBS (Topographical Enhanced Surface Energy Balance System), the surface soil heat flux parameterization scheme suitable for Tibetan Plateau permafrost region by the in-situ measured data will be determined and modified; the downward short wave radiation model according to the latitude and longitude grid computing will be used; the original classification scheme of glacier and permafrost will be modified, and then the suitable remote sensing model for the study of the surface energy balance in Tibetan Plateau permafrost region will be obtained. Combining the model, MODIS data and meteorological field data, the spatial distribution of the surface energy balance in Tibetan Plateau permafrost region will be calculated. The research focus on the spatial distribution and the difference of the surface energy balance status in Tibetan Plateau permafrost region. Study on temporal and spatial variations of the surface energy balance in typical seasons and key months. Deeply understanding the influencing of the permafrost active layer freezing and thawing processes on the surface energy budget. This project will provide the important reference basis for the development of the land surface model in Tibetan Plateau permafrost region, and for the study of strengthening ecological security barrier protection and construction of Tibetan Plateau.

准确估算地表能量通量、深入认知多年冻土区地表能量平衡过程是多年冻土区陆面过程研究中的核心问题，是确定气候系统多圈层间能量和物质交换的重要内容。本项目依托中国科学院青藏高原冰冻圈观测试验研究站，以TESEBS模型为基础，通过地面观测资料确定适合高原多年冻土区地表土壤热通量的参数化方案，改进原模型；引入按经纬度格点计算的向下短波辐射模型；修改原模型冰川积雪和冻土的划分方案，以此获得适合高原多年冻土区地表能量平衡研究的遥感模型。将该模型、MODIS数据和气象场数据相结合，计算得出高原多年冻土区的区域地表能量平衡状况。重点研究高原多年冻土区地表能量平衡的空间分布特征和差异，针对典型季节、关键月份进行地表能量平衡的时空变化研究，深入认知活动层冻融过程对地表能量收支的影响机理。该项目将为高原冻土区陆面模式的发展、加强高原生态安全屏障保护与建设等研究提供重要的参考依据。

准确描述青藏高原多年冻土区地表能量平衡过程是大气圈、冰冻圈等多圈层间能量和物质交换研究中的重要内容。本项目依托中国科学院青藏高原冰冻圈观测研究站，以站点观测和遥感模型为基础，针对地表土壤热通量、向下短波辐射、冰川的判定方案进行模型的参数化方案研究和改进，提高其在高原多年冻土区的适用性，最终结合地面观测、遥感数据和气象要素数据，进行高原地表能量平衡过程从点到面的研究。. 本项目首先整理存档了长时间序列的站点监测数据。分析青藏高原多年冻土区站点地表能量平衡的季节变化及其影响因子，如降水、积雪、地表冻融过程、植被和土壤质地。分析地表能量闭合率，得出地表能量闭合率与地表土壤热通量的计算方法密切相关，浅层土壤冻结阶段能量闭合低，而融化阶段能量闭合率高。对当前国际上几种主要的地表土壤热通量遥感参数化方案在高原的适用性进行评价，选定最佳方案并加入时间位相进行改进，得出地表土壤热通量新参数化方案1。对遥感模型中的高原多年冻土裸土地表土壤热通量参数化方案进行改进，分析表明地表土壤热通量与净辐射之间的时间相位差与地表水热过程的剧烈程度有直接关系，季节、多年冻土类型及土壤质地是影响相位差的主要因素，建立针对裸土地表土壤热通量的参数化方案2。应用方案1进行区域地表土壤热通量空间分布特征研究，再将方案2带入遥感模型，嵌入Chen（2007）等的向下短波辐射方案，引入《中国第二次冰川编目》数据判定研究区内冰川信息，得出研究区内地表能量平衡的空间分布状况。