科爾沁沙地沙丘—草甸地凍融期土壤水熱動態(tài)變化規(guī)律及其數(shù)值模擬研究.pdf

1、在季節(jié)性凍土區(qū)，土壤水分的凍結(jié)和融化必然伴隨著水分運(yùn)移、熱量交換等復(fù)雜的物理過程。本文以連續(xù)動態(tài)的觀點(diǎn)和定量的方法，主要依托國家自然基金項(xiàng)目“科爾沁沙地（沙丘—草甸地）凍融期土壤水-熱-鹽耦合運(yùn)移機(jī)理及其模擬方法”(51169012)和“寒旱區(qū)凍融期土壤水—熱—鹽—能耦合運(yùn)移的野外試驗(yàn)與模擬”(50769003)，分析了季節(jié)性凍融期沙丘—草甸地土壤水熱動態(tài)變化規(guī)律和影響其土壤凍融過程的主要因素，應(yīng)用多元線性回歸模型和SHAW模型模擬其土

2、壤水熱動態(tài)變化規(guī)律。取得的主要成果如下:
　　(1)科爾沁沙地沙丘-草甸地土壤的季節(jié)性凍結(jié)、融化過程可分為不穩(wěn)定凍結(jié)、穩(wěn)定凍結(jié)和消融解凍三個(gè)階段，凍融特點(diǎn)表現(xiàn)為單向凍結(jié)和雙向融化。沙丘地的凍結(jié)與融解速度均明顯大于草甸地，草甸地盡管凍結(jié)融解持續(xù)時(shí)間長，但凍深較淺。
　　(2)分析土壤凍融期間沙丘-草甸地土壤剖面的日變化和季節(jié)變化，結(jié)果表明具有溫度日變化的土層，日變幅受外界氣溫影響且隨著深度增大而減小，晝夜氣溫溫差越大，日變幅越

3、大。草甸地相同深度的土壤溫度日變幅比沙丘要小，土壤垂直剖面各土層溫度的變化存在滯后性，且滯后時(shí)間隨深度的增加而增大。并且草甸地由于受植被覆蓋、土壤類型、植被根系以及地下水位埋深的影響，土壤剖面溫度隨氣溫的變化比沙丘地緩和，在平抑氣溫變化和調(diào)節(jié)土壤溫度等方面優(yōu)于沙丘地。
　　(3)凍結(jié)期上層土壤首先凍結(jié)并聚集水分，融化期水分向凍結(jié)鋒面運(yùn)移，越靠近凍層水分含量越大。凍融期草甸地的含水率變化幅度比沙丘地大，土壤水分的運(yùn)移速度明顯比沙丘地

4、要慢。凍融期間從地表到最大凍結(jié)深度范圍內(nèi)隨著深度的增加土壤特征值含水率越來越不顯著。凍融期前后土壤剖面各層儲水量基本都有一定程度的增加，有利于春季植被返青。
　　(4)凍融期內(nèi)土壤地面溫度升降變化趨勢與氣溫基本一致，總體上先減小后增大，草甸地地面溫度波動性比沙丘要小;地表負(fù)積溫與土壤凍融深度存在非常顯著的相關(guān)關(guān)系。
　　(5)多元線性回歸模型能夠較好的模擬凍結(jié)融解期沙丘-草甸地土壤溫度和含水率，是適合凍融期沙丘-草甸地土壤水