介绍土壤温度
在高纬度和高海拔山区,冻土(定义为土壤的温度仍持续达到或低于冰点,至少连续两年)和有源层(融化季节)是主要的地下land-atmosphere系统的组件。冻土限制水保的流动和渗透。因此,毛细管作用、渗透和渗透在冻土相当低效。永冻层的一个重要方面是当地时间平衡冰,气态,液态的水在土壤。任何更改在热扩散和传导引起的积雪厚度的变化,日晒在土壤表面或渗透影响所有三个水阶段同时在土壤和土壤温度。任何土壤温度的变化导致冻结,解冻、升华或气相沉积和水释放的潜热再次或消费的能源,改变土壤状态变量(土壤温度、土壤体积液体水,冰和水蒸气内容)和通量(例如,土壤热通量、土壤水通量、土壤水汽通量)。因此,冻融循环影响土壤的热和水文属性释放的潜热和消费的能源伴随着相变过程。
冰改变土壤热通量的动力学通过依赖土壤体积热容和热导率对土壤体积的水和冰的内容。水的比热容是冰和的两倍热导率的冰超过四倍的水。
地区冻土的特点是冬季气温低、低饱和水蒸气压力和频繁的稳定分层大气表层。所有这些条件导致低蒸发。因此,土壤水分仍保存在冰冻的活性层。因此,在春季土壤占用额外的水的容量是有限的,即使一些土壤已经解冻。在所有这些结果,这意味着冻土可能加强春季洪水峰值(Cherkauer和Lettenmaier 1999)。在夏天,蒸腾作用和蒸发取决于活性层深度、土壤和植被类型以及气象条件。
与冻土相关的水文条件和热表面和活跃层影响近地表大气,因此天气和气候,交换的热量,水分,和物质在土壤空气接口(例如,Stendel和克里斯腾森2002年,铸模和沃尔什2004)。raybet雷竞技最新同时,活跃层深度对天气敏感;长期、永久冻土温度、稳定和活跃层深度对气候变化非常敏感(例如,凯恩et al ., 1991年,劳伦斯et al ., 2006年,铸模和Romanovsky 2006)。冻土融化不仅会造成巨大的经济和基础设施的损失和生态系统变化,也会释放水和微量气体;相关的微量气体和水循环的变化和生态系统又可以对气候的反馈。raybet雷竞技最新(例如,每1990年Osterkamp, Cherkauer Lettenmaier 1999 Oechel et al ., 2000年,Serreze et al . 2000年,Romanovsky Osterkamp 2001年,壮族et al ., 2001)。土壤水分和热过程之间的耦合是高纬度地区土壤愤怒的基础。因此,这种耦合必须适当考虑在数值天气预报模型(NWPMs)来捕获年度冬季土壤温度循环和2 m-temperatures(例如,Viterbo et al ., 1999)。所有这些原因冻土、冻土动力学和土壤-
水冻结和soil-ice融化也被认为是在气候和地球系统建模和气候影响评估。raybet雷竞技最新
显然冻土变化尚未收到齐心协力的上下文中全球气候和地球系统建模。raybet雷竞技最新最近,罗et al。(2003)研究了21个现代陆地表面的性能模型(lsm)使用他们的独立版本和通量和土壤温度观测雪的数据18年的瓦尔代数据集,没有永久冻土的网站,但在冬天经常冻土。他们的研究显示,显式包含水保冰冻和融化soil-ice提高了土壤温度的预测及其季节、年际变化。适当地代表热量、水分和土壤空气界面物质交换,现代NWPMs环流模型(GCMs)和地球系统模型(esm)需要合适的lsm模拟冻土和多年冻土动力学。等全球大气环流模型和esm lsm permafrost-climate调查的反馈是不可或缺的。raybet雷竞技最新esm还需要考虑冻土动力学对考试climate-permafrost-ecosystem改变反馈。raybet雷竞技最新
在过去几十年的地质学家和地球物理学家已经开发出特有的冻土模型来调查冻土动力学(例如,古德里奇1982年,尼尔森1987年Outcalt,凯恩et al . 1991年,Romanovsky Osterkamp 1997年,史密斯和瑞斯波罗格2001年,壮族等。2001年,凌和张2003)。由于他们好垂直网格增量(< 0.05)这些冻土模型通常需要消耗大量的计算时间。面向调查以来冻土动力学通常在几十年甚至几个世纪地质过程与冻土分布的变化相对较慢,这些模型通常运行在大时间步长(铸模和Romanovsky 2006)。此外,大多数冻土模型按和校准(如Romanovsky et al . 1997年,Osterkamp Romanovsky 1999 Romanovsky和Osterkamp 2001),即新数据必须收集校准时应该应用在其他地方(铸模和Romanovsky 2006)。这种校准涉及的可用数据,大多数网站服务,以确定最优soil-transfer参数,留下剩下的数据模型评估。
应用典型的校准技术肯定会带来更好的预测比那些通常是获得与土壤模型用于NWPMs设计,模型或esm。然而,执行这样一个校准技术,这些模型需要一致的土壤温度数据校准NWPMs的典型领域和全球模型或esm。今天不存在这样的数据集使用校准NWPMs冻土模型,这个模型或esm技术上是不可能的。此外,它尚未决定是否校准系数可能是气候敏感。raybet雷竞技最新耦合与NWPM冻土模型,GCM或ESM也将是一个挑战,因为NWPM GCM或ESM模拟需要输入的大气水和能量通量在不到一分钟的时间步长几分钟;因此任何垂直highly-resolved冻土模型必须运行等这个时间步使耦合模拟计算缺乏吸引力,甚至在天气预报的情况下禁止。所有这些原因,天气预报、气候和地球系统建模社区没有校准。raybet雷竞技最新他们已经开发出各种物理概念为基础预测永久冻土活动层和土壤霜过程。在这一过程中,知识和广为接受的概念从冻土和大气科学结合起来构建合适的土壤模型考虑冻土物理用于NWPMs,全球大气环流模型和esm。
所有现代数值NWPMs,全球大气环流模型和esm应用土壤模型嵌入到他们的lsm模拟表面热力学和水文迫使(例如:温度、含湿量、水蒸气和显热通量)的土壤空气界面。大气科学界已经开发了这些土壤模型基于最好的知识,并花费了巨大的努力来评估和改善他们的(例如,杨等。1995年,邵1996年Henderson-Sellers,罗曼et al . 1998年,戴et al . 2003年,铸模et al . 2003年)。不完整的知识的土壤类型和土壤异质性以及初始条件一般限制了土壤状态的可预测性,热通量,痕量气体,水蒸气,和水,相变过程中土壤和atmosphere-soil接口。进一步模拟土壤条件和通量的误差造成的必要性亚格子尺度参数化过程,开土壤物理参数、离散偏微分方程和正确模拟迫使(如降水率和数量,日晒)。
在以下,土壤物理学的理论,历史和当前状态的建模在大气科学研究进展和评估土壤物理学;误差源对模拟冻土量进行了讨论。
继续阅读:土壤温度的Refferrences是什么
这篇文章有用吗?