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青藏高原廣泛覆蓋著多年凍土和季節(jié)性凍土。凍土中的液態(tài)水和固態(tài)冰會(huì)顯著改變土壤的水熱特性，從而對(duì)陸面過(guò)程產(chǎn)生影響。此前，中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所科研團(tuán)隊(duì)提出Noah-MP陸面模型不同類型的可選參數(shù)化方案中，凍土滲透性方案在多年凍土區(qū)土壤水熱模擬中敏感性較強(qiáng)，是準(zhǔn)確刻畫該地區(qū)陸面過(guò)程的關(guān)鍵參數(shù)化方案。

基于此，該團(tuán)隊(duì)使用模型中兩種凍土滲透性方案開(kāi)展研究。NY06方案假設(shè)模型網(wǎng)格單元包括透水和不透水區(qū)域，利用土壤總濕度計(jì)算土壤水力特性，其中冰對(duì)滲透性的影響較小且線性。Koren99方案考慮液態(tài)水體積來(lái)計(jì)算土壤水力特性，其中冰對(duì)滲透性的影響較大且非線性。

研究提出，在多年凍土區(qū)，兩種方案在淺層土壤含水量的模擬結(jié)果相似，深層土壤的含水量和含冰量存在顯著差異。這是由于Koren99方案滲透性較低，導(dǎo)致凍結(jié)期在淺層累積土壤冰，融化期冰融水補(bǔ)充了土壤含水量，并逐漸增加了深層土壤濕度的模擬結(jié)果。NY06方案更多依賴當(dāng)前季節(jié)的降水和融雪水補(bǔ)給。但是，在季節(jié)性凍土區(qū)，兩種方案的差異較小。這表明，在多年凍土區(qū)，Koren99方案的土壤記憶效應(yīng)更強(qiáng)，能夠?qū)⑶捌诘耐寥浪中盘?hào)傳遞到后續(xù)季節(jié)；NY06方案的記憶效應(yīng)較短。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Koren99方案在多年凍土區(qū)限制水分向上傳輸?shù)哪芰Τ^(guò)了向下傳輸。此外，兩種方案在多年凍土區(qū)的蒸散發(fā)和地表徑流模擬中差異顯著。Koren99方案較低的滲透性將導(dǎo)致春季地表徑流增加，而NY06方案在夏季的蒸散發(fā)模擬值更高。

盡管兩種凍土滲透性方案對(duì)淺層土壤含水量的模擬結(jié)果相似，但物理機(jī)制不同，導(dǎo)致土壤記憶效應(yīng)差異。夏季多年凍土區(qū)的蒸散發(fā)和徑流對(duì)凍土滲透性方案敏感性較強(qiáng)。該研究揭示了凍土中冰的雙重角色（既是屏障也是水源）對(duì)土壤水熱過(guò)程的影響，為改進(jìn)凍土參數(shù)化方案提供了理論依據(jù)，對(duì)理解青藏高原土壤水熱過(guò)程及其氣候響應(yīng)具有重要意義。

近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《水文學(xué)雜志》（Journal of Hydrology）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究的支持。

論文鏈接

不同凍土滲透性方案對(duì)青藏高原蒸散發(fā)的模擬差異