青藏高原土壤冻融过程对季节转换影响的模拟研究

The soil freezing and thawing processes on the Tibetan Plateau have significant effects on China, Asia, and even global climate processes, and play a decisive role in the seasonal transition of climate on the Tibetan Plateau. Under the background of climate warming, the frozen ground on the Tibetan Plateau has experienced significant changes in recent decades, which alter surface water and heat conditions, affect energy and water cycles, and can impact weather and climate. However, the influence mechanism and degree of soil freezing and thawing processes, water and heat distribution and their variations on the regional climate are still unclear. In the project, with the aid of observation data, we will employ numerical simulations (Community Land Model, CLM4.5 and Regional Climate Model, RegCM4) as the main means to understand the freezing and thawing processes, distributions of water and heat, and their changes of different types of frozen ground (permafrost and seasonal frozen ground), based on this to reveal the influence mechanism of soil freezing and thawing processes within a year on the seasonal transition of climate on the Tibetan Plateau, and then quantitatively evaluate the effects of variations of soil freezing and thawing processes on the seasonal transition. These results will provide an important scientific basis for studying the influence of changes of frozen ground, a major component of the cryosphere on the Tibetan Plateau on regional climate and reducing the uncertainties of climate model simulation.

青藏高原上冻土的冻融过程对我国、亚洲乃至全球的气候过程均有重大影响。土壤冻融过程在高原气候季节转换中扮演着非常重要的角色，在气候变暖背景下，近几十年来青藏高原冻土发生了显著变化，这将会改变地表水热状况，引起能量和水分的再分配，进而影响天气气候过程，但是冻土的冻融过程及其变化对区域气候的影响机制、程度还不清楚，相关研究较为薄弱。本项目拟以观测资料为基础，模式模拟（陆面模式CLM4.5与区域气候模式RegCM4）为主要手段，在对青藏高原不同类型冻土（多年冻土和季节冻土）的冻融过程、水热分布及其变化规律认识的基础上，通过揭示年内土壤的冻融过程对高原气候季节转换的影响机制，进而定量的评估土壤冻融过程的动态变化对高原气候季节转换的影响过程，从而为青藏高原以冻土为主体的冰冻圈变化对区域气候的影响研究和减小气候模式模拟的不确定性提供重要的科学依据。

青藏高原广泛发育着大面积的多年冻土和季节冻土，气候变暖背景下，以冻土为主体的冰冻圈变化与气候的相互作用成为冰冻圈科学研究的重要前沿阵地。青藏高原土壤冻融过程频繁，对气候变化的响应在时间和空间上有如何特征？它对区域气候产生了怎样的影响？围绕这些科学问题，在本基金项目的支持下，认识了青藏高原气候变化的规律，结果表明在近几十年来气温呈显著上升趋势，其中最低气温升温幅度最大，最高气温最小，升温具有明显的空间差异和阶段性；降水是气候季节转换的一个重要指标，高原降水自1960年代经历了增加趋势，具有明显的区域和季节差异以及海拔性增湿特征；高原和亚洲大陆的加热、区域的大气水汽变化以及土壤冻融过程等都会对高原降水产生显著的影响。不同类型冻土的冻融过程差异较大，土壤含水量会显著影响土壤冻融过程。随着冻土温度增加，多年冻土退化、季节冻土的季节冻结深度减小，开始消融日期提前，冻结日期出现推迟，冻结持续时间缩短。土壤冻融循环期间，地表感热和潜热通量对土壤温湿度变化有很明显的响应，冻融过程使地气系统的热交换加强，极大地改变了地气之间的能水循环。在未来气候变暖下，冻土将会持续退化。冻土水热参数对高原降水的模拟影响较大，尤其是局地对流降水。冻土水热参数方案不仅对陆面变量、土壤冻融过程的模拟结果有显著影响，而且通过地气相互作用显著地影响了大气环流和气候。目前观测资料的缺乏是青藏高原研究面临的重大挑战，为应对这些问题，综合使用可靠的原位观测、遥感测量以及改进的数值模式对于青藏高原冻土及其与气候的相互作用研究取得突破至关重要。本项工作的开展，为后续开展冻土退化对我国天气、气候过程的影响研究提供重要参考价值。已正式发表标注本基金项目的文章10篇，其中SCI文章8篇，结题后还将继续撰写相关文章。