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题名土壤冻融过程中的水热参数化方案研究进展
被引量：1
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作者
侯雅
李伟平
左金清
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机构
中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室
中国气象局地球系统数值预报中心
中国气象局气候预测研究重点开放实验室/国家气候中心
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出处
《高原气象》
北大核心
2025年第1期1-15,共15页
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基金
国家重点研发计划项目(2023YFC3007503,2017YFA0604304)
中国气象局气候预测创新团队项目(CMA2023ZD03)。
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文摘
冻土是陆地冰冻圈的重要组成部分,其冻融循环变化能够影响土壤结构、土壤水热传输以及土壤生物化学等过程,并通过陆-气相互作用影响局地甚至全球天气气候。因此,研究土壤冻融过程对冻土区人类生产生活和了解区域外天气气候变化具有重要的科学意义。本文回顾了土壤中的砾石、有机质对土壤冻融过程的影响及物理机制,总结了土壤冻融过程中水热参数化的相关研究成果,包括土壤导热率和水力学参数的计算、水热耦合方案以及冻融锋面计算方案等。相对于普通的矿物质土粒而言,砾石具有高导热率和低热容,有机质具有低导热率和高热容,他们对热量在土壤中的传输及土壤温度垂直分布有不同的影响。另外,砾石和有机质的存在改变了土壤孔隙度、土壤基质毛细作用与吸附作用,进而影响水分在土壤中的传输过程和垂直分布。已有研究表明:(1)当前大部分数值模式中土壤导热率采用Johansen方案及其派生方案进行计算,其中Balland-Arp方案考虑了砾石和有机质对土壤导热率的影响,该方案更好地刻画了土壤冻融过程中土壤导热率变化的连续性;综合考虑热-水-变形相互作用的导热率参数化方案可以较好地刻画土壤冻融过程中的水热耦合和土体冻胀的作用,对相变过程中土壤导热率变化特征的模拟更符合实际观测。(2)过冷水参数化方案刻画了土壤液态水在0℃以下存在的事实;相变温度方案描述了土壤相变温度低于0℃且不固定的事实;导水阻抗方案考虑了土壤冻结对土壤水分下渗的阻抗作用,改善了对冻土区水文过程的模拟效果。(3)土壤冻融过程伴随着水分的相变和能量的转化,水热耦合方案的发展能够较好地刻画土壤中热力-水文过程的协同变化特征,细化了对冻融过程中水分和能量相互作用的复杂物理机制的描述。(4)等温框架的数值模式通过模拟每层土壤中间深度的冻融过程代表该模式分层的整体特征,导致对冻融深度的严重高估或低估,尤其是对厚度较大的模式深层土壤,冻融锋面计算方案的提出和应用减小了这种模拟偏差。目前土壤冻融参数化方案的不足之处包括:绝大多数数值模式没有考虑土壤盐分导致土壤水的冰点降低这一事实;虽然大部分数值模式考虑了土壤有机质对土壤水、热传输的影响,但是模式中对土壤有机质含量及垂直分布的考虑与植被根系的生长状态脱节;模式模拟的土壤深度不足并且下边界通量为零的假定不符合实际情况。发展土壤溶质传输参数化方案以模拟盐分的分布、刻画植被根系生长过程和土壤有机质的分布特征、考虑深层土壤对浅层的热力学影响并完善数值模式中的下边界条件,这些是未来陆面模式改进土壤冻融过程模拟的可能方向。
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关键词
土壤冻融过程
参数化方案
土壤导热率
土壤水文参数
冻融锋
水热耦合
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Keywords
soil freeze-thaw process
parameterization
soil thermal conductivity
soil hydraulic parameters
freeze-thaw front
water-heat coupling
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分类号
P404
[天文地球—大气科学及气象学]
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题名人类活动对中国东部极端热暴露事件的影响
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作者
罗皓月
孙颖
张玉霞
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机构
重庆市气象服务中心
气候系统预测与变化应对全国重点实验室/中国气象局气候预测研究重点开放实验室/国家气候中心
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出处
《气候变化研究进展》
北大核心
2025年第5期671-683,共13页
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基金
国家自然科学基金(42025503,U2342228)
中国气象局重点创新团队“气候变化检测与应对”(CMA2022ZD03)。
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文摘
人口暴露度是衡量地区或国家面对极端天气气候事件风险的重要指标。虽然已有大量关于极端高温事件的归因工作,但关于人类活动对极端热暴露影响的研究仍很匮乏。本文基于国际耦合模式比较计划第6阶段(CMIP6)数据和全球网格化人口数据(GlobPoP),以破纪录的2022年中国极端热暴露事件为例,将事件归因框架从事件本身拓展到事件影响层面,提出了人类活动影响极端热暴露事件的归因方法。以日最高气温超过35℃和40℃阈值定义的极端高温和人口暴露度(Tx35E和Tx40E)为指标,发现1990—2022年中国极端高温日数和极端热暴露持续增加,东部增长趋势最明显。偏差订正后CMIP6多模式归因分析表明,人类活动增加了类似中国东部2022年极端热暴露事件发生概率,使长江以南和长江以北初夏35℃极端热暴露事件的发生概率分别增加了1.4倍和2.4倍。人类活动还增加了极端热暴露度和暴露比例。盛夏高温日数越多,人类活动对热暴露度值和暴露比例的影响越明显。长江以南和长江以北分别有3.2%(46.5×10^(6)人·d)和1.2%(17.9×10^(6)人·d)的总人口因人类活动而额外暴露于盛夏35℃以上的极端高温中。对于Tx40E,虽然长江以南和长江以北40℃以上的极端高温事件较少,但人类活动仍加剧了热暴露事件的发生概率,并带来了额外的极端热暴露。
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关键词
CMIP6
极端高温
热暴露
极端事件归因
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Keywords
CMIP6
Extreme heat
Heat exposure
Extreme event attribution
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分类号
P467
[天文地球—大气科学及气象学]
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