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土壤风蚀是研究沙漠化状况的重要指标。由于青藏高原地区的土壤风蚀观测稀少，仅依据观测资料不足以揭示区域尺度的沙漠化现象，因此利用数值模式模拟土壤风蚀状况是研究该地区沙漠化状况的重要手段。目前的土壤风蚀模式多基于单点观测建立，难以完成高时空分辨率、长时间序列、大范围的模拟，而常用的陆面模式中缺少土壤风蚀模块或土壤风蚀模块不够完善。因此，本文发展了陆面风蚀耦合模式，并将其扩展至区域尺度，利用耦合模式的模拟结果，结合站点观测以及遥感反演的沙尘活动状况，研究了青藏高原土壤风蚀的时空分布特征及其在气候变化背景下的长期变化趋势。由于青藏高原的积雪覆盖对该地区土壤风蚀的模拟至关重要，我们还发展并评估了青藏高原的多源遥感积雪覆盖产品，改进了积雪模拟效果，从而显著地改进了土壤风蚀的模拟性能。得到以下主要结论:
(1)对比一维陆面风蚀耦合模式Noah-MPWE模拟的土壤风蚀与137Cs同位素法观测的土壤风蚀，结果表明，耦合模式能较好地模拟青藏高原中部的土壤风蚀状况。将耦合模式应用到青藏铁路沿线，模拟结果如下:1)在青藏铁路沿线，强土壤风蚀主要发生在柴达木盆地以及五道梁至唐古拉地区;2)从季节变化来看，除柴达木盆地外，土壤风蚀主要发生在11月至次年4月;3)从年际变化来看，青藏铁路沿线的土壤风蚀在1979-2012年呈显著减小趋势，平均变化趋势为-0.18kgm-2a-1;4)在干旱区和半湿润区，土壤风蚀的减小趋势主要是由显著减小的风速导致，而在半干旱区，显著增加的降水和土壤湿度也对风蚀减小有显著贡献。积雪日数也与土壤风蚀的变化有显著的相关性，且具有较高的不确定性。
(2)站点观测的长时间序列沙尘暴的分析结果表明:空间上，沙尘暴的发生频率和强度自青藏高原北侧往东南方向递减;季节变化上，青藏高原的沙尘暴主要发生在冬、春季，而其北侧的塔里木盆地-河西走廊地区的沙尘暴主要发生在春、夏季。对于没有观测站点的青藏高原西北部，FY-3A反演的沙尘强度指数的分析结果表明，西北部地区是青藏高原沙尘活动的主要区域。但是，二维陆面风蚀耦合模式HRLDAS-WEPS的模拟结果表明，青藏高原的土壤风蚀主要发生在中部地区，而西北部地区没有风蚀发生，与遥感反演结果以及前人的研究成果不符。归因分析表明，青藏高原西北部地区冬、春季的积雪模拟显著偏高是主要原因之一，因此需要改进青藏高原的积雪模拟。
(3)为获得可靠的积雪覆盖产品，我们处理、评估和分析了来自三个数据源的5套积雪覆盖数据，分别是FY-3A/3B/3C、MODIS和IMS。由于FY-3A/3B/3C和MODIS中超过40％面积被积云覆盖，我们发展并应用了“四步去云”法，将云覆盖率降低到2-3％，并发展了“随机抽样结合云生成”法，所评估的去云方法产生的系统误差在2％以下。与站点观测的雪深的对比结果表明，去云后的FY-3B和0.005°的MODIS较青藏高原地区的其他积雪产品的分类精度略高，在94％左右。5套积雪覆盖产品中，IMS的积雪覆盖度最大，比MODIS高22％，而降交点在早晨的FY-3A/3C和MODIS的积雪覆盖度比较接近，且均比降交点在下午的FY-3B高5％左右。但与积雪覆盖度不同，FY-3B的积雪日数比MODIS和IMS的显著偏小。从时间变化来看，在2012-2017年，FY-3B、MODIS和IMS的年平均积雪覆盖度和积雪日数均呈减小趋势;但是，在2006-2017年，MODIS的积雪覆盖度减小、积雪日数缩短，而IMS的积雪覆盖度增大、积雪日数增多。从海拔高度来看，在6km以下，积雪有显著的海拔依赖性;海拔越高，积雪覆盖度和积雪日数的变化趋势越显著，不确定性也越大。
(4)与MODIS和FY-3B的积雪产品相比，默认设置的HRLDAS显著地高估了青藏高原的积雪覆盖度，年平均偏差分别为22.8％和24.5％。为改进积雪模拟，我们首先通过敏感性试验，优选了表层交换系数、雪表面反照率、陆表温度和表层蒸发/升华阻抗的参数化方案的组合，从而将积雪覆盖度的模拟误差分别减小至14.6％和16.6％。然后，利用MODIS和FY-3B积雪覆盖度产品，结合站点观测的雪深，对多个常用的积雪覆盖度计算方案进行了评估和订正。结果表明，订正后的Dickinson81、Niu07和RT04方案显著改进了积雪覆盖度的模拟，年平均偏差降低至2％-4％左右。改进积雪覆盖度的模拟后，积雪季节的地表反照率显著减小，净辐射和地表感热显著增加，且随海拔增高增加越显著。因此，地温的年平均模拟偏差从-3.55℃降低到了-1.2℃，雪深的年平均模拟偏差从4.88mm降到了1.16mm，而冬季二者的偏差分别降低到了-0.6℃、0.36mm。
(5)将上述积雪模拟的改进方案应用在HRLDAS-WEPS耦合模式对土壤风蚀的模拟中，结果表明，青藏高原的土壤风蚀主要发生在冬、春季的中西部地区，尤其是在羌塘高原至冈底斯山脉北侧，与遥感反演的沙尘活动的空间分布较为一致。从长期变化趋势来看，1979-2015年，青藏高原土壤风蚀有显著减小趋势，与站点观测所得的沙尘暴的显著减小趋势一致。青藏高原土壤风蚀在1980年代最严重，在1990年代和2000年代持续减弱，但2010年后在西北部的昆仑山南侧略有回升。
(1)对比一维陆面风蚀耦合模式Noah-MPWE模拟的土壤风蚀与137Cs同位素法观测的土壤风蚀，结果表明，耦合模式能较好地模拟青藏高原中部的土壤风蚀状况。将耦合模式应用到青藏铁路沿线，模拟结果如下:1)在青藏铁路沿线，强土壤风蚀主要发生在柴达木盆地以及五道梁至唐古拉地区;2)从季节变化来看，除柴达木盆地外，土壤风蚀主要发生在11月至次年4月;3)从年际变化来看，青藏铁路沿线的土壤风蚀在1979-2012年呈显著减小趋势，平均变化趋势为-0.18kgm-2a-1;4)在干旱区和半湿润区，土壤风蚀的减小趋势主要是由显著减小的风速导致，而在半干旱区，显著增加的降水和土壤湿度也对风蚀减小有显著贡献。积雪日数也与土壤风蚀的变化有显著的相关性，且具有较高的不确定性。
(2)站点观测的长时间序列沙尘暴的分析结果表明:空间上，沙尘暴的发生频率和强度自青藏高原北侧往东南方向递减;季节变化上，青藏高原的沙尘暴主要发生在冬、春季，而其北侧的塔里木盆地-河西走廊地区的沙尘暴主要发生在春、夏季。对于没有观测站点的青藏高原西北部，FY-3A反演的沙尘强度指数的分析结果表明，西北部地区是青藏高原沙尘活动的主要区域。但是，二维陆面风蚀耦合模式HRLDAS-WEPS的模拟结果表明，青藏高原的土壤风蚀主要发生在中部地区，而西北部地区没有风蚀发生，与遥感反演结果以及前人的研究成果不符。归因分析表明，青藏高原西北部地区冬、春季的积雪模拟显著偏高是主要原因之一，因此需要改进青藏高原的积雪模拟。
(3)为获得可靠的积雪覆盖产品，我们处理、评估和分析了来自三个数据源的5套积雪覆盖数据，分别是FY-3A/3B/3C、MODIS和IMS。由于FY-3A/3B/3C和MODIS中超过40％面积被积云覆盖，我们发展并应用了“四步去云”法，将云覆盖率降低到2-3％，并发展了“随机抽样结合云生成”法，所评估的去云方法产生的系统误差在2％以下。与站点观测的雪深的对比结果表明，去云后的FY-3B和0.005°的MODIS较青藏高原地区的其他积雪产品的分类精度略高，在94％左右。5套积雪覆盖产品中，IMS的积雪覆盖度最大，比MODIS高22％，而降交点在早晨的FY-3A/3C和MODIS的积雪覆盖度比较接近，且均比降交点在下午的FY-3B高5％左右。但与积雪覆盖度不同，FY-3B的积雪日数比MODIS和IMS的显著偏小。从时间变化来看，在2012-2017年，FY-3B、MODIS和IMS的年平均积雪覆盖度和积雪日数均呈减小趋势;但是，在2006-2017年，MODIS的积雪覆盖度减小、积雪日数缩短，而IMS的积雪覆盖度增大、积雪日数增多。从海拔高度来看，在6km以下，积雪有显著的海拔依赖性;海拔越高，积雪覆盖度和积雪日数的变化趋势越显著，不确定性也越大。
(4)与MODIS和FY-3B的积雪产品相比，默认设置的HRLDAS显著地高估了青藏高原的积雪覆盖度，年平均偏差分别为22.8％和24.5％。为改进积雪模拟，我们首先通过敏感性试验，优选了表层交换系数、雪表面反照率、陆表温度和表层蒸发/升华阻抗的参数化方案的组合，从而将积雪覆盖度的模拟误差分别减小至14.6％和16.6％。然后，利用MODIS和FY-3B积雪覆盖度产品，结合站点观测的雪深，对多个常用的积雪覆盖度计算方案进行了评估和订正。结果表明，订正后的Dickinson81、Niu07和RT04方案显著改进了积雪覆盖度的模拟，年平均偏差降低至2％-4％左右。改进积雪覆盖度的模拟后，积雪季节的地表反照率显著减小，净辐射和地表感热显著增加，且随海拔增高增加越显著。因此，地温的年平均模拟偏差从-3.55℃降低到了-1.2℃，雪深的年平均模拟偏差从4.88mm降到了1.16mm，而冬季二者的偏差分别降低到了-0.6℃、0.36mm。
(5)将上述积雪模拟的改进方案应用在HRLDAS-WEPS耦合模式对土壤风蚀的模拟中，结果表明，青藏高原的土壤风蚀主要发生在冬、春季的中西部地区，尤其是在羌塘高原至冈底斯山脉北侧，与遥感反演的沙尘活动的空间分布较为一致。从长期变化趋势来看，1979-2015年，青藏高原土壤风蚀有显著减小趋势，与站点观测所得的沙尘暴的显著减小趋势一致。青藏高原土壤风蚀在1980年代最严重，在1990年代和2000年代持续减弱，但2010年后在西北部的昆仑山南侧略有回升。