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太阳能学报 2025年第2期46卷 124-134页

作者：李笑赵林李艳李祥飞赵建婷肖敏轩南京信息工程大学地理科学学院南京210044

利用观测资料结合遥感数据,基于半阶导数法估算青藏高原多年冻土区唐古拉和西大滩两个观测点2010—2012年的地表土壤热通量,并与“观测值”(利用10 cm土壤热通量和5 cm土壤温度观测数据计算得到的地表土壤热通量)及已有的3种遥感估算方... 详细信息

利用观测资料结合遥感数据,基于半阶导数法估算青藏高原多年冻土区唐古拉和西大滩两个观测点2010—2012年的地表土壤热通量,并与“观测值”(利用10 cm土壤热通量和5 cm土壤温度观测数据计算得到的地表土壤热通量)及已有的3种遥感估算方法(GLEAM、PM-RS和组合法)进行对比分析。结果表明:1)半阶导数法估算的地表土壤热通量(G_(0))与观测G_(0)具有较好的一致性,估算精度高;2)与已有的GLEAM、PM-RS和组合法相比,半阶导数法表现更好,估算的两个站点G_(0)的相关系数(R)分别为0.85和0.81,偏差(Bias)分别为-0.70和0.08 W/m^(2),均方根误差(RMSE)分别为5.78和8.79 W/m^(2),平均绝对误差(MAE)分别为4.22和6.81 W/m^(2)。相较于其他方法,半阶导数法的优势在于物理机制明确,参数设置简洁,仅需单层地表温度值和土壤热属性数据作为模型输入。

关键词：多年冻土地热能热通量半阶导数法青藏高原

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青藏高原典型多年冻土区地表土壤热通量估算研究

青藏高原典型多年冻土区地表土壤热通量估算研究

引用

作者：李笑南京信息工程大学

学位级别：硕士

地表土壤热通量（G0）表征着地气间的热量交换状态,其方向和大小决定着陆表岩土层能量的收支状况。多年冻土区的G0可被用来评估多年冻土变化的方向和速率。本研究基于半阶导数法结合冻融分段参数化方案估算了青藏高原多年冻土区唐古拉... 详细信息

地表土壤热通量（G0）表征着地气间的热量交换状态,其方向和大小决定着陆表岩土层能量的收支状况。多年冻土区的G0可被用来评估多年冻土变化的方向和速率。本研究基于半阶导数法结合冻融分段参数化方案估算了青藏高原多年冻土区唐古拉和西大滩两个观测点2010—2012年的地表土壤热通量,与“观测值”（利用10cm土壤热通量和5cm土壤温度观测数据计算得到的地表土壤热通量）及已有的三种遥感估算方法（GLEAM、PM-RS和组合法）进行了对比分析,评价了结合冻融分段参数化方案的半阶导数法在多年冻土区的适用性;在此基础上本研究进一步将该方法应用到区域地表土壤热通量的估算中,得到了2016年青藏高原典型多年冻土区地表土壤热通量,并与站点“观测值”和GLDAS G0数据产品进行了对比,进行了区域G0时空特征及归因分析。得出以下主要结论: （1）半阶导数法结合冻融分段参数化方案估算的G0与观测G0具有较好的一致性,在完全融化期和完全冻结期的整体估算精度较高、结果可靠,冻融阶段的估算误差大于其他两个阶段,原因在于冻融阶段存在冰水相变和复杂热量传输导致土壤热属性参数难以确定。与已有的GLEAM、PM-RS和组合法相比,半阶导数法结合冻融分段参数化方案表现更好,估算的两个站点G0的R分别为0.85和0.81,Bias分别为-0.70W/m2和0.08W/m2,RMSE分别为5.78W/m2和8.79W/m2,MAE分别为4.22W/m2和6.81W/m2。（2）半阶导数法结合冻融分段参数化方案的区域估算结果与唐古拉和西大滩站点观测数据及GLDAS G0数据产品对比验证显示:估算结果在唐古拉和西大滩观测点的R分别为0.63和0.58,Bias分别为1.11W/m2和2.84W/m2,RMSE分别为9.34W/m2和11.53W/m2,MAE分别为7.12W/m2和8.63W/m2;与GLDAS G0数据相比,半阶导数法估算结果空间分辨率较高,且RMSE分别提高了2.12W/m2和0.39W/m2,MAE分别提高了1.94W/m2和0.31W/m2。以上结果表明该方案在青藏高原的区域应用具有一定的可靠性和适用性。（3）区域估算结果显示出G0在时间上呈现夏季高冬季低的季节性变化。夏季月份G0达到一年中的最高水平,月均值最高超过25W/m2,冬季月份则呈现最低值,月均值最低低于-15W/m2。在空间分布上,夏季时西部和西南部地区的G0值较低,而中部和东北部地区则较高,在冬季地表土壤热通量呈现出不均匀分布的特点,尤其在1月份,最低值在中部地区离散分布。基于地理探测器的分析结果显示,海拔是在本研究区域内影响G0空间分布的最重要因素,其q值为0.4。与其他因子的交互作用（如NDVI＿max、Sand、表层土壤含水量和Bulk density的交互作用）也具有较高的解释力,表明在该研究区内海拔、植被、土壤属性和土壤含水量是影响G0空间分布的关键因素。

关键词：青藏高原多年冻土地表土壤热通量半阶导数法冻融循环

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