论文部分内容阅读
首先，利用来自全球协同加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验的观测资料并结合水热耦合模式研究了青藏高原冻土冻融过程对地表水热交换的影响。辐射、能量各要素以及蒸散发在四个冻融阶段都表现出了明显的日变化。在冻结和消融过程阶段，近地表土壤温度的显著日变化导致了土壤未冻水含量的日循环。冻结和消融过程阶段的Bowen比分别为3.1和2.5，而完全消融阶段的Bowen比为0.5。在冻结和消融过程阶段，近地表土壤未冻水含量与潜热通量之间具有显著的相关关系，相关系数在0.36到0.53之间。而且，冻结过程阶段的相关系数比消融过程阶段的高。这表明，地表日冻融循环引起的未冻水含量日变化对潜热通量具有显著的影响，并且这种影响在冻结过程阶段更明显。进一步的分析显示，近地表土壤的冻融过程对地表能量收支平衡也有影响，但影响较小。这些结果可以作为将来进一步研究冻土变化对气候反馈的基础。
然后，本论文研究确认了从1961到2007年青藏高原气候经历了显著的变暖，平均变暖率为0.28℃/10年。其中，青藏高原北部地区的气候变暖最为显著。高原北部地区的气候变暖违反了以前研究得出的青藏高原气候变暖趋势的海拔依赖性规律。分析显示，夏季平均气温在20世纪80年代中期以来青藏高原北部年平均气温的快速升高中起到了主要作用。另外，青藏高原北部的夏季平均气温与平流层臭氧量具有显著的相关关系。这种相关关系与太阳辐射强度和臭氧损耗率有联系。青藏高原北部最显著的气候变暖可能与平流层臭氧快速损耗引起的辐射加热和动力加热有关。
本论文还利用一套新的高分辨率大气强迫资料驱动CLM4.0模式研究了1981到2010年青藏高原多年冻土和季节冻土对气候变暖的响应。通过与CN05资料、APHRO资料以及气象站观测资料的对比，发现这套高分辨率强迫资料在青藏高原上具有较高的精度。对于青藏高原冻土模拟而言，这套资料的另一个优点在于它的高时空分辨率（3小时和0.1°×0.1°（纬度×经度））。这是因为，当利用高分辨率数据强迫时，所得土壤温度模拟值比低分辨率数据强迫时的更接近观测值。模拟的当前近地层多年冻土面积为151.5×104平方千米，这个值接近但略大于以前研究得出的青藏高原多年冻土面积范围（111.8×104～150.0×104平方千米）。模拟的当前活动层厚度在0到4.74米之间，区域平均值为2.01米。模拟的季节冻土最大冻结深度的区域平均值为2.5米。文中也对1米深处土壤冻结开始日、冻结结束日及冻结总日数进行了分析。与观测资料的对比验证发现，在对比本身存在空间不匹配问题（格点平均值对比单个站点值）的情况下，模拟的土壤温度及其它冻土参数是基本合理的。在1981到2010年青藏高原气候显著变暖（约0.44℃/10年）的情景下，近地层多年冻土面积以9.2×104平方千米/10年的速度减少，区域平均活动层厚度以0.15米/10年的速度增加。与之相反，季节冻土面积以8.4×104平方千米/10年的速度增加，最大冻结深度以0.34米/10年的速度减少。多年冻土和季节冻土在1米深处的冻结开始日表现出了推迟的变化趋势，推迟率分别为3.8和4.0天/10年。与之相反，它们在1米深处的冻结结束日表现出了提前的变化趋势，提前率分别为5.9和4.6天/10年。这种冻结开始日、结束日的变化导致了冻结总日数的缩短。对多年冻土和季节冻土，冻结总日数缩短率分别为10.4和9.5天/10年。
最后，利用MIROC3.2hires/RegCM3动力降尺度结果驱动CLM4.0模式对21世纪青藏高原多年冻土的变化进行了预估。模拟的青藏高原近地层多年冻土面积为122.2×104平方千米。与青藏高原冻土图显示的面积126.7×104平方千米相比，模拟的面积是合理的。在青藏高原气候显著变暖（在A1B温室气体排放情景下，1980到2100年的升温率大约为0.58℃/10年）的情景下，近地层多年冻土面积到本世纪中期将减少大约39％，到本世纪末将减少81％。近地层多年冻土面积经历了一个显著减小的线性趋势，减小率为9.9×104平方千米/10年。模拟的深层多年冻土比同期近地层多年冻土保持的多。当前0.5-1.5米的活动层厚度，到2030-2050年将增至1.5-2.0米，到2080-2100年将增至2.0-3.5米。相对于降水与蒸散发的差值，地表径流减少了，但是次表层径流增加了。这是由于，多年冻土退化引起了土壤含冰量的减少，土壤含冰量的减少使得更多的地表水能下渗进入土壤，从而导致了径流的重新分配。这些结果为评估将来气候变暖情景下青藏高原多年冻土的变化提供了有用的参考。