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作为全球气候变化的敏感区,青藏高原脆弱的生态系统对气候变化非常敏感,而不同植被类型不仅其陆-气能量和水分交换存在差异,其对气候要素的响应也会不同。因此,研究青藏高原陆-气能量和水分交换特征,比较不同植被下垫面陆-气能量和水分交换对气候要素响应的差异,将有助于加深青藏高原对气候变化响应的认识,为青藏高原生态环境和社会经济的可持续发展提供科学依据。 本论文首先利用北麓河站2014年6月-2015年8月的观测数据分析了多年冻土区退化高寒草甸地表能量通量及其分配的季节和日变化特征,以及土壤冻融过程对地表能量及其分配的影响。然后将北麓河站与植被覆盖度较好的玛曲站对比,分析了两站生长季地表潜热占比对不同气候要素响应的差异,以及影响两站潜热占比的主要气候因子。最后,利用Noah-MP陆面模式对北麓河站土壤温湿度和地表能量通量进行了模拟,并对表层土壤阻抗参数化方案进行了改进。在这些研究的基础上,得到以下主要结论: (1)北麓河站地表感热通量(Hs)、潜热通量(LE)、净辐射(Rnet)、土壤热通量(G0)和波文比的季节和日变化特征在冻土融化过程、完全融化、冻结过程和完全冻结四个阶段差异明显。波文比和G0的季节变化受土壤冻融阶段转变的影响显著,其中土壤完全融化使波文比减小,G0变为正值;土壤冻结使波文比增大,G0变为负值。冻结过程对Hs和LE变化趋势的影响不明显,但是使波文比显著增大;融化过程使Hs停止增长并出现减小趋势,使LE增大,从而使波文比显著减小。Hs的日变化在不同冻融阶段差异较小。LE的日变化主要与浅层土壤含水量的大小和日变化有关,其中完全融化和完全冻结阶段土壤含水量的日变化较小,土壤含水量越大,LE越大;在融化过程和冻结过程阶段,土壤含水量的日变化较大,且与Rnet的日变化相反,限制了LE的增长。在冻结过程阶段,受融冻过程的影响,G0的日变化小于其他阶段。 (2)北麓河站和玛曲站生长季潜热占比(EF)对土壤含水量(SWC)、饱和水汽压差(VPD)和净辐射(Enet)的响应存在明显差异。北麓河站在SWC小于0.145 m3·m-3时,EF不随SWC变化;而在SWC大于0.145m3·m-3时,EF随SWC的增大而增大,并且其增长率在VPD较大时偏大,受Rnet的影响较小。而玛曲站除了SWC小于0.20m3·m-3时,EF基本不随SWC变化,其变化趋势也不受VPD和Rnet的影响。北麓河站EF随着VPD的增大而减小,并且EF对VPD变化的敏感性随着SWC的增大而下降,受Rnet的影响较小。而玛曲站EF随着VPD的增大而略有增大,并且受VPD和Rnet的影响较小。北麓河站和玛曲站EF均随着Rney的增大而趋于稳定值,其值与SWC和VPD的大小有关。路径分析结果显示,降水是影响北麓河站EF的主要气候因子,而气温是影响玛曲站EF的主要气候因子。 (3)与Noah-MP原始方案(试验CTL)、土壤垂直分层方案(试验SVH)和土壤有机质方案(试验SOM)相比,改进的表层土壤阻抗方案(试验SSR1-3)对5cm土壤含水量(SWC5cm)和温度(ST5cm)、地表净辐射(Rnet)、土壤热通量(G0)、感热通量(Hs)和潜热通量(LE)的模拟有显著改善。CTL模拟的北麓河站完全融化和融化过程阶段SWC5cm和ST5cm均比观测值偏高。SVH和SOM对模拟结果没有明显改善。SSR1-3使模拟的完全融化和融化过程阶段的SWC5cm和ST5cm降低,与观测值更加接近。但是SSR1-3对冻结过程和完全冻结阶段SWC5cm和ST5cm的模拟改善较小。CTL模拟的Rnet和G0较好,但模拟的G0变化振幅明显大于观测值。SVH和SOM对Rnet和G0的模拟结果没有明显改善。而SSR1-3有效地降低了模拟的G0的变化振幅,使其与观测值更接近。CTL、SVH和SOM都明显高估了Hs,低估了LE。SSR1-3由于能较准确地模拟SWC5cm和ST5cm,有效改善了Hs和LE的模拟效果。