土壤冻融过程对地表热通量计算的改进研究取得新进展
发表日期:2022-02-28来源：
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土壤冻融过程对地表能量平衡有一定影响。土壤水冻结成冰后，将改变土壤热性质，在土壤热平衡中发挥一定的作用；同时土壤的冻结和融化过程伴随着土壤冰和水之间频繁相变，导致土壤释放和吸收相变潜热。以往地表热通量的计算中没有考虑冰的储热以及相变潜热作用，导致土壤冻融过程中地表热通量计算偏小，地表能量闭合率较低。
基于上述问题，中国科学院西北生态环境资源研究院（简称西北研究院）罗斯琼课题组基于观测数据，通过在计算地表热通量时加入冰储热项和相变潜热项，改进了土壤冻融过程地表热通量的计算，提高了整个冻融期的能量闭合率。该方法在不同站点的不同冻融阶段，均有一定程度的改进。加入冰储热项和相变潜热项后，会增加地表热通量日变化幅度，分别增加了白天大气向地表以及夜晚地表向大气传输的能量，从而减少了地表能量不平衡差额，增加了能量闭合率（图1）。在整个冻融期内，相变潜热项对地表热通量的改进要大于冰储热项对地表热通量的改进；在冻结阶段和融化阶段，相变潜热项对地表热通量的贡献更多；而完全冻结阶段，冰储热项对地表热通量的贡献更多，但此时相变潜热项的加入会进一步提高地表土壤热通量，从而降低能量不平衡差额（图2）。该研究基于站点观测数据，改进了土壤含冰量的计算，量化了冻融过程中冰储热项和相变潜热项对地表能量平衡的影响，改进了站点地表热通量的计算，为寻找冻土区地表能量不闭合的原因提供参考价值。
该成果以 Improving Ground Heat Flux Estimation: Considering the Effect of Freeze/Thaw Process on the Seasonally Frozen Ground 为题发表于在地学期刊 Journal of Geophysical Research: Atmospheres 上。西北研究院王景元博士为论文第一作者，罗斯琼研究员为论文通讯作者。该研究获国家自然科学基金（U20A2081, 41975096, 91537104），第二次青藏高原综合考察研究项目（2019QZKK0105）等共同资助。
图1 三种方法计算的地表热通量在整个冻融期（a）、冻结阶段 (b)、完全冻结阶段（c）以及融化阶段（d）日变化
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