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土壤温度和含水量是影响可溶性有机碳(DOC)变化的重要因素。然而,多年冻土泥炭地土壤DOC变化对秋季冻结期土壤水热变化的响应尚不明确。本研究选取大兴安岭3种多年冻土泥炭地[小叶章泥炭地(CP)、兴安落叶松-泥炭藓泥炭地(LP)、白毛羊胡子苔草泥炭地(EP)]作为研究对象,开展野外原位试验探究秋季冻结期土壤水热变化对多年冻土泥炭地土壤DOC变化的影响。结果表明:秋季冻结期土壤DOC含量表现为EP>CP>LP,平均含量分别为83.99、45.75和43.13mg·L^(-1)。在秋季冻结前期3种类型多年冻土泥炭地土壤DOC含量均呈波动下降趋势,中、后期CP,LP土壤DOC变化较平缓。在秋季冻结前期,CP整体土壤DOC含量随浅层土壤温度的降低而减少;在后期CP浅层和整体土壤DOC含量随浅层土壤含水量的增加而增加。在秋季冻结中期,LP浅层土壤温度升高和含水量的减少,降低了土壤DOC含量;LP整体土壤DOC的变化随着浅层温度的升高逐渐降低。在秋季冻结后期,EP深层和整体土壤DOC含量随深层含水量增加而增加。在整个秋季冻结期,LP浅层土壤DOC主要受地表温度驱动,深层土壤DOC则主要受深层含水量的影响;整体土壤DOC则受地表温度影响较大。研究表明秋季冻结期多年冻土泥炭地土壤水热变化驱动土壤DOC含量的变化。研究结果为多年冻土区碳循环和“双碳”背景下的碳排放研究提供基础科学数据。 相似文献
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多年冻土区土壤碳、氮的可变性及对深层土壤特性了解的缺乏限制了人们对气候变化响应的理解。为明确东北大兴安岭多年冻土区森林土壤有机碳、有效氮(铵态氮、硝态氮)含量分布特征,于2020年秋季(9月末)采集呼玛河流域三种类型多年冻土区(不连续多年冻土区、零星多年冻土区和岛状多年冻土区)16个1 m深的土壤剖面,基于结构方程模型探讨海拔、气候、冻土区类型和植被类型等环境变量对森林土壤有机碳和有效氮含量的影响。结果表明:土壤有机碳和硝态氮含量在不连续多年冻土区高于零星多年冻土区和岛状多年冻土区,土壤铵态氮含量在零星多年冻土区高于岛状多年冻土区和不连续多年冻土区;在垂直剖面上,随着土壤深度的增加,土壤有机碳和有效氮含量呈降低趋势,且土壤有机碳与有效氮之间呈显著的负相关关系(P<0.05)。结构方程模型表明,植被类型和年平均温度是土壤有机碳含量变化的主要控制因素,年均降水量对土壤有机碳含量变化的影响最弱;冻土区类型和植被类型是土壤铵态氮和硝态氮含量变化的主要控制因素。研究结果能够为未来准确模拟和估算呼玛河流域多年冻土区森林土壤碳氮储量提供一定的数据支撑。 相似文献
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基于长江源区布曲流域23个采样点的138个土壤样品,分析了土壤有机碳的分布特征,并探讨1 m以内土壤有机碳含量的影响因素。结果表明,长江源区布曲流域0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm和50~100 cm的6层土壤有机碳含量的平均值±标准差分别为(10.23±4.84) g·kg^(-1)、(10.18±5.19)g·kg^(-1)、(9.34±5.20)g·kg^(-1)、(9.04±4.41)g·kg^(-1)、(8.01±4.74)g·kg^(-1)、(9.40±4.67)g·kg^(-1),其随土壤深度增加而降低(R^(2)=0.511)。研究区土壤有机碳含量与海拔并非线性相关(P>0.05),而是在4 700~5 100 m的海拔范围内,随海拔的升高而增加,然后在5 000~5 100 m海拔处达到最大值后降低。土壤有机碳含量与pH值呈现极显著的负相关(P<0.01),与碳氮比呈现极显著的正相关(P<0.01),与体积含水量呈现显著的正相关关系(P<0.05),而与年均气温、年均降水量、全氮、全磷、全钾、无机碳含量、阳离子交换量、容重和黏粒含量的相关性不显著(P>0.05),表明长江源区布曲流域1 m以内土壤有机碳含量的主要相关因素是土壤的pH值、碳氮比和体积含水量。研究结果可以为长江源区布曲流域土壤碳循环的研究提供基础数据和科学依据。 相似文献
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青藏高原季节冻土区土壤冻融过程水热耦合特征 总被引：8，自引：5，他引：3
青藏高原被誉为“中华水塔”, 其广泛分布的多年冻土和季节冻土在保证我国水资源安全上具有重要的地位。基于2015年7月 - 2016年6月青海海北站季节冻土的水热监测数据（土壤含水量为未冻水含量）, 分析了冻结深度的季节变化和冻融过程水热运移特征。结果表明： 各土层土壤温度与土壤水分含量变化均表现为“U”型。土壤温度变化规律与日平均气温基本一致, 但滞后于日平均气温的变化, 滞后时间取决于土层深度。与多年冻土冻融规律不同, 海北站季节冻土表现为单向冻结、 双向融化特征, 冻融过程大致可划分为三个阶段： 冻结初期、 冻结稳定期和融化期。同时, 季节冻土消融速率大于冻结速率, 且融化过程中以浅层土壤融化为主。在冻结过程中, 土壤水分沿上、 下两个方向分别向冻结锋面迁移, 各土层土壤含水量迅速下降。而在融化过程中, 各土层土壤含水量逐渐增加, 且在浅层土壤形成一个土壤水分的高值区。土壤冻融过程中未冻水含量与各土层土壤温度具有较好的相关关系, 且浅层土壤拟合效果优于深层土壤。本研究对揭示高原关键水文过程以及寒区水热耦合模型构建具有重要意义。 相似文献
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兰州马衔山多年冻土活动层厚度估算及影响因素分析 总被引：2，自引：2，他引：0
马衔山残存的多年冻土被誉为黄土高原地区多年冻土的"活化石". 自1986年发现多年冻土存在至今, 多年冻土发生了严重的退化, 活动层厚度增大, 面积由原来的0.16 km2减少到现在的 0.134 km2. 本文基于马衔山多年冻土区的实际监测资料分析了气温、地表温度和N系数随时间变化特征以及活动层温度、土壤含水量的时空特征. 根据2010-2013年马衔山多年冻土区的日平均地表温度和土壤参数实测及实验室分析资料, 利用X-G算法模拟了马衔山多年冻土的冻融过程, 并模拟得到4年的活动层厚度均比实测值小, 这可能与活动层底部较高的未冻水含量有关. 然后进一步探讨了泥炭层和含水量对活动层厚度的影响, 泥炭层越厚, 其隔热作用越强, 活动层厚度越小; 反之, 活动层厚度越大; 含水量越高, 土壤的容积热容量越大, 活动层厚度越小; 反之, 活动层厚度越大. 相似文献
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通过对艾比湖地区冻融阶段7个典型样地野外采样和室内分析,研究了冻融作用条件下土壤微生物数量与土壤性质的关系、土壤微生物数量变化特征和土壤微生物群落结构的变化特征. 结果表明：不同冻融阶段,不同种类微生物数量受到不同土壤理化因子的制约. 1月,细菌数量与土壤有机质含量呈显著正相关(P<0.05),真菌数量与土壤含水量和土壤有机质含量呈极显著正相关(P<0.01),与土壤全氮和土壤孔隙度呈显著正相关(P<0.05);3月,只有真菌数量与土壤含水量呈极显著正相关(P<0.01);4月,放线菌数量与土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关(P<0.05),然而与土壤pH值呈显著负相关(P<0.05). 总体来讲,冻结期土壤微生物数量较低,冻融后期(4月)达到峰值,其中,7 a 撂荒地的微生物数量最高,3 a撂荒地最低. 在研究区寒冷季节,微生物类群中放线菌占主导地位(81.9%);融化阶段,则是细菌占主要地位(52.1%~53.9%). 相似文献
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张方园常娟刘健孙文军 《冰川冻土》2023,(3):915-929
多年冻土区活动层是地表水和地下水相互转化中十分重要的交换通道,活动层土壤含水量是多年冻土区水文循环中重要的组成部分,其动态变化与寒区生态环境密切相关。在气候变化背景下,深入了解活动层土壤含水量的动态变化特征具有重要意义。本文利用ELM(Extreme Learning Machine)模型对青藏高原腹地不同海拔高度多年冻土区土壤含水量进行模拟分析,结果表明:与BP神经网络模型相比,二输入变量ELM模型的模拟精度更高;ELM模型模拟后1天土壤含水量的NSE值在0.69~0.87之间,其中坡下20 cm深度处模拟NSE取得最大值(0.87),并且模拟精度随着推后时间的增加有所提升,模拟后3天和后7天的NSE值分别在0.76~0.92和0.75~0.93之间;坡下各深度含水量的模拟效果优于坡上。在此基础上,通过设置不同的气候变化情景,研究土壤含水量在气候变化背景下的动态变化规律及响应特征。研究发现,升温导致冻结初期以及融化初期不同深度的土壤含水量均出现增大的趋势,在完全冻结期和完全融化期变化不明显。且随着气温增幅的加大,冻结初期以及融化初期的土壤含水量变化也逐渐增大,深层土壤含水量较浅层土壤含水量的增加更加显著。在降水增加的情景下,降水增加越大,土壤含水量的增加趋势越明显,但整体变化幅度较小;坡上各深度土壤含水量的增加主要发生在融化初期和完全融化期,坡下则主要集中在融化初期,相比于深层土壤,浅层土壤对降水增加的响应更加强烈。 相似文献
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温度对大兴安岭北坡多年冻土湿地泥炭有机碳矿化的影响 总被引：1，自引：0，他引：1
温度是影响湿地土壤有机碳累积和分解的主要环境因子之一.通过室内培养实验分析温度对大兴安岭北坡连续多年冻土区湿地泥炭有机碳矿化的影响,其中采样点北极村、图强和壮林(52°45'～53°12'N,122°16'～122°46'E)位于大兴安岭的西北坡,而飞虎山和呼中(51°45'～52°09'N,122°57'～123°02'E)位于大兴安岭的东北坡.室内培养实验在4个温度梯度下(5℃,10℃,15℃和20℃)进行,湿地土壤有机碳矿化释放的CO2采用碱液吸收法测量.结果表明随着温度的升高,有机碳的矿化具有增加的趋势,在40天的培养期内,泥炭总的矿化量变化范围为 24.87～112.92mg/g; 同一温度下,泥炭矿化率随着培养时间具有先降低后稳定的趋势,两层泥炭(10～20cm和 20～30cm)对温度的响应趋势基本相同,不过表层泥炭的矿化率和矿化量要高于深层泥炭.有机碳矿化温度敏感性系数Q10值变化范围为 2.03～2.41,而深层泥炭的Q10值相对较大,表明冻土湿地深层泥炭对增温的响应也较敏感,并且大兴安岭东北坡冻土湿地的Q10值要大于西北坡的冻土湿地,表明大兴安岭东北坡的冻土湿地对于气候变暖的响应将更强烈.并且基于Q10值的二元动力学方程很好的反映了大兴安岭北坡冻土湿地泥炭矿化随温度和时间的动态变化. 相似文献
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大兴安岭多年冻土区不同林型土壤微生物群落特征 总被引：1，自引：1，他引：0
高纬度多年冻土区是全球变化的敏感区域,揭示不同林型土壤微生物群落的演变规律,对于理解气候变化对寒区生态系统的影响机制具有重要意义。以大兴安岭多年冻土区3种典型林型（落叶松林、樟子松林和白桦林）为研究对象,运用磷脂脂肪酸法（PLFA）系统研究土壤微生物群落结构间差异及与土壤因子的关系。结果表明：不同林型土壤中共检测到38种PLFA生物标记,含量较高的PLFA为16∶0、18∶0、19∶0和18∶2ω6c;各类群微生物中,细菌PLFA含量最高,占总磷脂脂肪酸的83.78%~90.55%,其次为真菌,放线菌最低;白桦林土壤总磷脂脂肪酸、革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、真菌和放线菌的含量最高分别为22.03、5.13、4.90、1.88和0.77 nmol·g-1,而樟子松林最低分别为14.25、2.75、2.75、1.34和0.51 nmol·g-1。Shannon-Wiener多样性指数主要表现为白桦林 > 落叶松林 > 樟子松林。冗余分析结果为：土壤含水量、全氮、总有机碳与总磷脂脂肪酸、细菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌呈显著正相关（P<0.05）;铵态氮、硝态氮、全磷与真菌和放线菌呈显著正相关（P<0.05）。大兴安岭多年冻土区不同林型间土壤微生物群落特征存在显著差异,土壤含水量、全氮和总有机碳是影响多年冻土微生物群落结构的主要因素。 相似文献
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本文利用2000~2014年北部湾西部近岸的两个城市(河内和太平)的湿沉降无机氮(NO_3~--N和NH_4~+-N)数据,分析了湿沉降无机氮的浓度和通量的长期变化规律,并结合北部湾海水中的无机氮浓度讨论了湿沉降对海水生态系统的影响。结果表明,近15年来河内和太平两个区湿沉降无机氮的月平均浓度总体上在5~9月较低,在10月至次年4月较高;这两个区域湿沉降无机氮的年平均浓度总体呈上升趋势。估算结果表明的湿沉降给北部湾带来的NO_3~--N和NH_4~+-N的量分别为46448.6和83220.5 t/a。湿沉降可能对于近年来北部湾海水中NH_4~+-N的相对含量升高及N过剩有重要影响。 相似文献
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在气候变化背景下,青藏高原多年冻土区生态环境发生着一系列变化并进一步影响土壤氮循环过程,但目前冻融循环及植被生长周期中土壤氮的动态变化还不清楚。以青藏高原腹地的风火山和特大桥地区的两种典型草地生态系统为研究对象,分析了土壤可利用氮（NH4+-N、NO3--N、DON）及微生物量氮（MBN）的季节变化。结果表明：土壤铵态氮（NH4+-N）及可溶性有机氮（DON）含量在非生长季高于生长季,土壤硝态氮（NO3--N）在生长季高于非生长季;风火山地区高寒草甸生态系统中土壤NH4+-N在融化期含量较高;土壤MBN在植被生长旺盛期降低,在植被生长后期升高;风火山地区高寒草甸生态系统中土壤MBN含量、特大桥地区高寒草原生态系统中土壤可利用氮总量与土壤全氮（TN）含量显著正相关。这表明,土壤全氮含量、植被吸收以及冻融作用均可引起土壤可利用氮及MBN的季节变化。 相似文献
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植被与多年冻土共同维系着大兴安岭地区的冷湿环境。随着全球气候变暖,大兴安岭多年冻土已发生严重退化,植被的生长也受到影响。在大兴安岭北部多年冻土区设置55个采样点,每个采样点采集多年冻土活动层厚度、林下灌木生物量和落叶松胸径树龄等指标,同时借助增强型植被指数（EVI）在区域尺度比较大片多年冻土区和岛状融区多年冻土区的植被生长状况。结果表明：黑龙江呼中国家级自然保护区（简称呼中保护区）活动层厚度的平均值为（0.47±0.14） m,保护区周边为（0.83±0.38） m,呼中保护区周边的活动层厚度大于保护区内。大片多年冻土区的活动层厚度平均值为（1.04±0.47） m,小于岛状融区多年冻土区的（1.40±0.41） m。呼中保护区和周边灌木生物量的平均值分别为（201.75±71.70） g·m-2和（259.10±111.14） g·m-2,胸径与树龄比值的平均值分别为（0.20±0.08）和（0.26±0.14）。大片多年冻土区和岛状融区多年冻土区林下灌木生物量的平均值分别为（128.31±63.33） g·m-2和（199.04±66.13） g·m-2,胸径树龄比的平均值分别为（0.30±0.13）和（0.59±0.21）。活动层厚度大的区域,灌木的生物量以及落叶松胸径树龄比都大于活动层厚度小的区域,表明活动层厚度增加对灌木和乔木的生长有一定的促进作用。EVI的结果显示岛状融区多年冻土区植被的生长状况以及植被覆盖情况好于大片多年冻土区,从区域尺度证明了多年冻土对植被生长存在限制作用。研究结果对于深入理解多年冻土变化及其环境效应具有重要意义。 相似文献
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植被混凝土生态修复技术是当前国内用于裸露陡边坡植被恢复的典型技术之一,具备肥力持续供给能力是植被混凝土有别于其他建筑材料的基本属性。冻融循环作用下物理结构剧变导致养分固持能力减弱是限制植被混凝土在高寒地区应用的关键因素,但养分固持能力变化的深层原因尚不清楚。通过控制性试验,以初始含水率和冻融循环频次为变量,测定了植被混凝土水稳性团聚体粒径分布、团聚特征参数、主要养分含量及其淋溶流失率的变化规律。结果表明:随初始含水率提高,植被混凝土中水稳性微团聚体向大团聚体转化,尤其以≥1~2mm粒组增幅最多,团聚特征参数变化也反映出团聚体稳定性随之提高;冻融循环导致水稳性团聚体平均粒径不断减小,但会随冻融频次增长逐步趋于稳定。初始含水率的提高促使各养分含量略有增加;冻融循环作用下有机质、铵态氮、有效磷、速效钾含量仍有增长,但硝态氮含量不断降低。同时,冻融循环还会导致各养分淋溶流失率不断增大,最大增幅可超过90%,并随冻融频次增长趋于稳定。这说明冻融循环对养分固持能力的影响会逐步减弱,而且侧面反映出团聚结构与养分固持能力间存在紧密联系。Pearson相关性分析进一步表明,团聚特征参数与各养分淋溶流失率均达到显著相关水平,综合考虑显著性水平与相关性系数绝对值,认为团聚特征参数中几何平均直径与各养分淋失率相关程度最高,最适合用于表征植被混凝土的养分固持能力。上述研究结果证实,冻融循环作用下团聚效应减弱是导致植被混凝土养分固持能力降低的深层原因。 相似文献
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多年冻土地下冰作为一种特殊的存在形式, 对高原生态、 冻土环境以及冻土工程建设等都有深刻影响, 但是目前对于青藏高原地下冰储量的研究很少。以祁连山中东部大通河源区为例, 基于源区地貌分类、 冻土分布等研究, 利用源区多年冻土钻孔数据和公路地质勘测资料, 在水平和垂直两个方向上估算了多年冻土层地下冰储量。计算表明： 大通河源区多年冻土层2.5~10.0 m深度范围内地下冰总储量为（11.70±7.24） km3, 单位体积含冰量为（0.396±0.245） m3。其中冰缘作用丘陵和冰缘湖沼平原等地貌区含冰量较高, 而冰缘作用台地、 冲积洪积平原则含冰量较低。在垂向上多年冻土上限附近含冰量最高, 并随深度增大而缓慢减小。随着未来气候变暖、 多年冻土退化以及环境变化, 准确把握多年冻土区地下冰储量和分布特点对生态、 水文地质、 地质灾害预估、 冻土工程建设具有深远意义。 相似文献
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Beiluhe basin lies in a permafrost region where is located in the interior of Tibetan Plateau. Ecosystem in the area is subjected to the freeze-thaw process of the active tjaele,and there is conspicuous correlation between soil moisture（SM）and vegetation coverage. To retrieve the soil moisture content of Beiluhe basin with a total area of 2 037. 94 km2,a synergistic method,which combined improved water cloud model,Oh,Dubois and Topp model,was presented in this paper base on Sentinel-1A multi-polarization SAR and Landsat-8 time series images data. The accuracy was validated with the in-situ point SM data：Adjusted-R2 of the regression equation is 0. 6848,and RMSE is 0. 039 cm3·cm-3. The analysis of correlation among freeze-thaw process,SM and vegetation cover from macro watershed scale manifests：Vegetation coverage has a significant delayed effect on the freeze-thaw process of the active tjaele,that is,the higher vegetation coverage,the more lagging freeze-thaw time;These study results are basically consistent with predecessors in-situ observation data,verifying the feasibility of studying correlation among soil freeze-thaw process,SM,and vegetation coverage from the macro watershed scale based on Sentinel-1A annual time series data. © 2022 Science Press (China). 相似文献
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根据东北地区144个国家气象站1951—2016年的地温和土壤冻结深度资料,采用实测资料统计及统计建模推算的方法,对东北地区地温和冻结深度时空特征进行了细化分析。结果表明：东北地区地温整体由南到北逐渐降低,冻结深度逐渐增大。各层年平均地温呈向北2个纬度降低1 ℃左右,年平均最大冻结深度为向北2~3个纬度加深30 cm左右,极端最大冻结深度为向北2个纬度加深30 cm左右。地温和冻结深度与纬度关系显著,与经度和海拔也有一定相关性,但在东北北部的多年冻土区基本不受后两者影响。不同深度的地温季节特征不同,地表温度季节特征与气温一致,160 cm以下深度四季温度从高到低为秋、夏、冬、春。地表夏季与冬季温差达到33.5 ℃,而320 cm深处最热季与最冷季的温差仅为7 ℃。气候变暖使得东北地区各层地温升高、冻结深度减小、冻结期缩短,尤其在多年冻土区及其临近的高纬度季节冻土区更为显著。相对于下层土壤,地表升温最大。伊春地表升温趋势达到1.16 ℃?（10a）-1,40~320 cm土层升温趋势为0.60 ℃?（10a）-1左右,冻结深度减小、冻结期缩短趋势分别达到 23 cm?（10a）-1、8 d?（10a）-1,大幅升温不利于多年冻土的存在。 相似文献
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《Boreas: An International Journal of Quaternary Research》2018,47(2):454-468
Under changing climatic conditions permafrost peatlands can play an important role in the global carbon budget through permafrost carbon feedbacks and shifts in carbon assimilation. To better predict future dynamics in these ecosystems an increased understanding of their Holocene carbon and permafrost history is needed. In Tavvavuoma, northern Sweden, we have performed detailed analyses of vegetation succession and geochemical properties at six permafrost peatland sites. Peatland initiation took place around 10 000 to 9600 cal. a BP, soon after retreat of the Fennoscandian Ice Sheet, and the peatlands have remained permafrost‐free fens throughout most of the Holocene. At the four sites that showed a continuous accumulation record during the late Holocene radiocarbon dating of the shift from wet fen to dry bog vegetation, characteristic of the present permafrost peatland surface, suggests that permafrost developed at around 600–100 cal. a BP. At the other two sites peat accumulation was halted during the late Holocene, possibly due to abrasion, making it more difficult to imply the timing of permafrost aggradation. However also at these sites there are no indications of permafrost inception prior to the Little Ice Age. The mean long‐term Holocene carbon accumulation rate at all six sites was 12.3±2.4 gC m−2 a−1 (±SD), and the mean soil organic carbon storage was 114±27 kg m−2. 相似文献
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冻土覆盖率高的小流域的径流形成受温度因素控制明显,普通水文模型不适用,而常规冻土水文模型因需要较多的气象观测要素而难以应用。考虑冻土流域产流机制,利用青藏高原腹地风火山小流域2017—2018年逐日降水、气温、径流观测数据,以降水、气温为输入,径流为输出,基于长短期记忆神经网络（LSTM）建立了适用于小流域尺度的冻土水文模型,并利用2019年观测数据进行验证。模型得益于LSTM特殊的细胞状态和门结构能够学习、反映活动层冻融过程和土壤含水量变化,具有一定的冻土水文学意义,能很好地模拟冻土区径流过程。模型训练期R2、NSE均为0.93,RMSE为0.63 m3·s-1,验证期R2、NSE分别为0.81、0.77,RMSE为0.69 m3·s-1。同时,为了验证模型可靠性,将模型应用于邻近的沱沱河流域,模型训练期（1990—2009年）R2、NSE均为0.73,验证期（2010—2019年）R2、NSE分别为0.66、0.64,模拟结果较好。考虑到未来气候变化,通过模型对风火山流域径流进行了预测：降水每增加10%,年径流增加约12%;气温每升高0.5 ℃,年径流增加约1%;春季融化期、秋季冻结期径流增幅明显,而由于蒸发加剧、活动层加深,径流在8月出现了减少。模型经训练后依靠降水、气温作为输入能较好地模拟、预测青藏高原冻土区小流域径流,为缺少土壤温度、水分等观测数据的冻土小流域径流研究提供了一种简单有效并具有一定物理意义的方法。 相似文献