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《兰州大学》 2009年
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长江源多年冻土区沼泽及高寒草甸水热过程及其对气候变化的响应

刘光生  
【摘要】: 青藏高原是世界上海拔最高、地形最复杂的高原冻土区,正是由于其特殊的地理位置及其地貌特征,使其在全球气候变化等方面扮演着重要的角色,同时作为全球气候变化响应的敏感区和生态系统脆弱区,极易受到人类活动的干扰和全球气候变暖的影响。活动层水热过程是多年冻土区水能循环中一个重要的不确定因素,因此对长江源区不同植被覆盖下高寒草甸活动层水热动态和不同增温情景下高寒沼泽草甸与高寒草甸活动层水热动态进行长期监测,研究植被退化对高寒草甸活动层水热过程的影响和气温升高对草地生态系统多年冻土的水热过程的影响。 (一)研究高寒草甸植被盖度变化对活动层水热过程的影响,得到以下结论: 1)随着植被盖度减小,活动层开始冻结和融化时间不断提前,且冻结持续时间缩短,植被对冻融过程起滞后作用; 2)在土壤冻结融化过程中,植被盖度较高的土壤含水量较高,随着植被盖度减小,活动层地温水分变化速率增大,植被起到抑制土壤地温水分变化速率的作用; 3)植被盖度对冻土活动层夏季融化过程和秋季冻结过程活动层地温和水分的影响明显大于冬季降温和春季升温过程,即植被盖度对活动层冻结后地温水分的影响作用远小于活动层未冻结时,且对融化过程的影响较冻结过程更明显; 4)对土壤温度T及水分θ_v进行非线性拟合,寻求适用于冻融过程的水热耦合回归模型,得到θ_v=p1/{1+exp[p2×(t-p3)]}+p4(式中p1、p2、p3、p4为拟合参数)类型的回归模型,模拟值与实测值的之间较好的相关性及有效性验证结果表明该模型的可行性。 (二)研究气温升高对高寒沼泽草甸和高寒草甸多年冻土活动层水热过程的影响,结果表明: (1)气温升高对高寒沼泽草甸活动层水热过程的影响: ①随着气温的升高,活动层开始冻结时间推迟、冻结过程持续时间延长,而开始融化时间提前、融化过程持续时间差异较小;冻结期持续时间缩短、地温变化速率趋缓,而未冻结期持续时间延长、地温变化速率增大; ②随着气温的升高,水分在土壤剖面内的分布规律发生很大变化,封项、未封顶温室的土壤含水量随深度的增加不断降低,且水分降低幅度不断增加,而室外存在地表的高含水层、110cm深度以下的次高含水层和65cm深度附近的低含水层;冻结过程和融化过程水分的变化速率与土壤剖面水分分布相对应,土壤浅层的变化速率逐渐增大,而深层不断减小; (2)气温升高对高寒草甸活动层水热过程的影响: ①随着气温的升高,与沼泽草甸相似,活动层开始冻结时间推迟、地温变化速率减缓,融化过程期开始融化时间提前、地温增加速率增大,未冻结期持续时间延长且随深度的增加不断延长; ②封顶、未封顶温室及室外土壤水分最高值都出现20cm深度,活动层冻结后土壤水分都下降到10~15%左右,封顶温室活动层融化后土壤水分都低于冻结前,而未封顶温室和室外略高于冻结前。 (三)应用SHAW模型对高寒草甸活动层土壤温度特征进行模拟,研究结果表明: SHAW模型模拟的各层地温与实测吻合较好,能反映年内温度随时间的动态变化过程,整个剖面的土壤温度模拟的NSE效率系数可达0.7,相关系数R~2达到0.85以上,总体来说,SHAW模型能够较为准确的模拟高寒草甸土壤温度变化过程及冻结、融化的全过程。
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:P463.1

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