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基于BP神经网络和FEFLOW模型模拟预测多年冻土活动层温度 总被引：2，自引：2，他引：0
土壤温度是陆面过程中地-气系统间能量与物质交换的重要参数， 它的动态变化及其对气候变化的响应也是研究陆面过程的关键问题之一。在全球变暖背景下， 研究青藏高原多年冻土活动层土壤热状况动态变化， 对深入了解高原活动层厚度的变化特征及下垫面的热力作用均有重要意义。利用BP神经网络模型， 对青藏高原风火山地区的地表温度进行了模拟， 并利用输出的地表温度驱动FEFLOW模型对研究区活动层不同深度土壤温度进行了模拟。与各深度土壤温度观测值对比发现， 均方根误差介于0.09 ~ 1.78 ℃， 纳什效率系数介于0.86 ~ 0.98， 模拟效果良好。结合BP神经网络模型和FEFLOW模型预测了研究区未来50年活动层热状况的动态变化过程， 结果表明： 在0.02、 0.048、 0.07 ℃·a-1三种升温情景下， 50年后研究区活动层厚度将分别增加19.4、 51.8、 64.7 cm， 土壤升温幅度随着深度的增加逐渐减小。同时发现， 随着气温不同程度的升高， 土壤开始融化的时间在不断提前， 开始冻结的时间则不断延迟， 这种规律随着土壤深度的增加而减弱， 但不同深度土壤冻融过程对气温升高的响应差异却随着增温速率的增大而逐渐减小。 相似文献
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活动层水热状况与地-气系统间能水交换直接影响着寒区生态环境、水文过程以及多年冻土的稳定性。利用唐古拉站2007年实测资料和SHAW模型,对研究点活动层土壤剖面温湿度进行了模拟。土壤温度方面,模型的纳什效率系数NSE≥0.93;水分方面,纳什效率系数的平均值为0.69,说明SHAW模型可用于多年冻土区活动层内水热动态变化的模拟研究。基于模型的输出结果,对唐古拉站活动层土壤冻融过程中的水分动态、地表能量收支的变化特征进行了分析讨论。结果表明:(1)活动层冻融过程中,土壤水分的冻结和融化响应时间随土壤深度的增加而逐渐滞后,水分迁移通量随土壤深度的增加逐渐减小;(2)地表能量平衡收支在季风活动引起的降水与活动层的冻融循环共同影响下,表现出明显的季节性变化特征。同时,通过改变SHAW模型植被输入参数中的叶面积指数,分析了植被覆盖变化对多年冻土区土壤蒸散发的影响。结果表明:植被蒸腾量、土壤蒸发量与总的蒸散发量与植被的叶面积指数呈正相关关系,而浅层土壤含水率(20 cm)则表现为负相关,当叶面积指数在-100%(裸土)~100%变化时,总蒸散发量的变化幅度为-5%~13%。 相似文献
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青藏高原腹地多年冻土区活动层水热过程对气候变化的响应 总被引：1，自引：0，他引：1
活动层作为多年冻土与大气系统之间能量和水分交换通道,其内部的水热状况是控制水循环和地表能量平衡的主要因素,并直接影响着寒区生态环境、水文过程以及多年冻土的稳定性。利用一维水热耦合模型CoupModel,对青藏高原风火山试验点活动层土壤剖面温湿度进行了模拟。模拟效率参数表明模拟结果很好地反映了研究区多年冻土活动层水热状况。基于已验证的模型,设置多种不同气候变化情形,来分析活动层内部水热状况对全球气候变化的响应。研究结果表明:(1)土壤温度与气温呈正相关关系,气温每升高1℃活动层平均增温约0.78℃,但随着土壤深度增加,增温幅度逐渐减小;(2)升温导致活动层土壤冻结和融化过程发生变化,且对融化过程的影响明显大于冻结过程;(3)活动层各深度土壤含水量随气温升高而增大,且增大幅度随土壤深度增加而不断增大;(4)在完全融化期,降水量增加降低了浅层土壤温度,升高了深层土壤温度,而完全冻结期土壤温度均随降水量增加而升高;(5)降水量增加导致活动层含水量增加,其中完全融化期土壤含水量变化最明显。因此,气候暖湿化将对青藏高原多年冻土区活动层土壤温湿度及冻融循环过程产生较大影响,可能不利于冻土发育。 相似文献
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为从整体上认识多年冻土流域水循环过程基本规律及其对下垫面条件变化响应,以长江源区风火山小流域为例,基于2016—2019年的水文气象要素的野外观测与计算,分析了坡面尺度上水分入渗、蒸散发、活动层内部水热条件以及冻结层上地下水等关键水循环过程的变化特征及其对下垫面条件变化的响应。研究结果表明:①风火山小流域生长季实际蒸散发的多年平均值为472.1±42.9 mm,实际蒸散发的气象影响因子排序为:净辐射(敏感系数SRn =1.22,相关系数R=0.93)＞气温(STa =0.33,R=0.84)＞相对湿度(SHR=0.32,R=0.46)＞风速(SU =-0.25,R=-0.27),坡面尺度上实际蒸散发与植被覆盖度以及海拔高度正相关;②初始和稳定入渗速率均随坡位的升高而增大,对于稳定入渗率,初始融化期、完全融化期和初始冻结期,坡顶(1.07 mm/min、0.63 mm/min、0.88 mm/min)>坡中(0.29 mm/min、0.45 mm/min、0.21 mm/min)>坡底(0.11 mm/min、0.30 mm/min、0.10 mm/min),而植被覆盖度对入渗速率的影响在不同冻融阶段表现出差异;③阴、阳坡面和不同坡位冻融起始时间差异体现在土壤水分、地下水位变化上,解释了多年冻土流域产流区从阳坡发展至阴坡,从低海拔发展至高海拔的时空差异原因;④ 50 cm深度以下的活动层冻融状况显著影响着地下水位动态,地形、植被和土壤质地差异对热量传输的影响共同导致了坡面尺度上冻结层上地下水动态的空间差异性。 相似文献
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