2003-2018年青藏高原草地的地表层土壤热通量时空变化

doi:10.11686/cyxb2022059

摘要/Abstract

摘要：

根据青藏高原7个站点实测数据，计算站点地表层土壤热通量（G₀）并分析站点的日、季变化特征；结合MODIS数据、中国西部1 km全天候地表温度数据集和中国区域地面气象要素驱动数据集，用Ma模型反演2003-2018年青藏高原地表土壤热通量，并且分析不同草地类型的G₀变化。结果表明：1）站点地表层土壤热通量G₀比不同深度的土壤热通量值大。G₀的日变化曲线呈倒“U”形状，在夜晚相较于白天变化较为平缓。2）站点地表层土壤热通量G₀的季节振幅变化呈现夏>春>秋>冬，春夏季G₀均值整体为正值，秋冬季G₀均值基本为负值。夏季高原西北地区的地表层土壤热通量相对于东南地区的较高，而冬季则相反。3）高原草地的土壤热通量值为40~80 W·m^-2，16年各类草地G₀平均值最高的是温性草原化荒漠类（76.557 W·m^-2），最低的是高寒草甸类（46.118 W·m^-2）。4）高原草地的G₀一年内呈现出先增后降的变化趋势。高原各类草地G₀的季节变化呈现夏>春>秋>冬，夏春季G₀最低的均为高寒草甸类，较高的分别是温性草原化荒漠类和温性草原类；秋冬季G₀最高的均为暖性灌草丛类，最低的均为高寒荒漠类。以上结果可为高原草地地表能量平衡研究提供一定参考依据。

关键词: 青藏高原, 地表层土壤热通量G₀, Ma模型, 时空变化, 草地类型

Abstract:

Based on measured data from 7 stations on the Qinghai-Tibetan Plateau， the ground surface soil heat flux （G₀） was calculated， and the diurnal and seasonal variations were analyzed. Combining this data with a MODIS， 1 km resolution all-weather surface temperature data set for Western China and a China regional surface meteorological element driven data set， the Ma model was used to retrieve the ground surface soil heat flux of Qinghai-Tibetan Plateau from 2003 to 2018， and the differences in surface soil heat fluxes of different grassland types were analyzed. It was found that： 1） The soil heat flux G₀ in the surface layer was greater than that in the subsurface layers. The diurnal curve of G₀ showed an inverted “U” shape， and the flux was relatively gentle at night compared with that during the day. 2） The seasonal amplitude of soil heat flux， G₀ in the surface layer ranked summer>spring>autumn>winter. The average value of G₀ in spring and summer was typically positive， while the average value of G₀in autumn and winter was basically negative. The ground surface soil heat flux in the northwest of the plateau in summer is higher than that in the southeast， while the opposite occurs in winter. 3） The soil heat flux of plateau grassland ranged between 40 and 80 W·m^-2. The highest average value of G₀ among all categories of grassland in the 16 years surveyed was 76.557 W·m^-2 for the ‘desertification’ category of temperate grassland， and the lowest was 46.118 W·m^-2for the alpine meadow category. 4） The G₀ of plateau grassland increased and then decreased through any one calendar year and seasonally was ranked summer>spring>autumn>winter. The lowest G₀ in spring and summer occurred in alpine meadow， while the highest in spring was in ‘desertification’ temperate grassland and the highest in summer was in the temperate grassland category； The highest G₀ in autumn and winter was in the warm shrub grassland， while the lowest was in the alpine deserts steppe. The above results can provide reference data for the study of surface energy balance of plateau grassland.

Key words: Qinghai-Tibetan Plateau, ground surface soil heat flux （G₀）, Ma model, temporal and spatial variation, grassland type

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图/表 14

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站点名 Site name	位置（经度/纬度/海拔） Location （longitude/ latitude/altitude）	下垫面 Underlying surface	观测项目 Observation item	时间分辨率Temporal resolution （min）	观测无效时段 Observation invalid period （年-月-日Year-month-day）
大沙龙站 Dashalong station （DSL）	98.9406° E 38.8399° N 3739 m	沼泽类 Swamp	降水量 Precipitation	10	2015-9-13
			土壤热通量 Soil heat flux
			土壤温度 Soil temperature
			土壤水分 Soil moisture
阿柔站 Arou station （AR）	100.4643° E 38.0473° N 3033 m	高寒草甸类 Alpine meadow	降水量 Precipitation	10	2015-7-31， 2015-8-4-2015-8-5， 2015-8-9-2015-8-16， 2015-8-18-2015-8-27， 2015-8-31-2015-9-20， 2015-9-30-2015-10-20
			土壤热通量 Soil heat flux
			土壤温度 Soil temperature
			土壤水分 Soil moisture
峨堡站 Ebao station （EB）	100.9151° E 37.9492° N 3294 m	高寒草甸类 Alpine meadow	降水量 Precipitation	10	2015-11-1-2015-11-5
			土壤热通量 Soil heat flux
			土壤温度 Soil temperature
			土壤水分 Soil moisture
景阳岭站 Jingyangling station （JYL）	101.1160° E 37.8384° N 3750 m	高寒草甸类 Alpine meadow	降水量 Precipitation	10
			土壤热通量 Soil heat flux
			土壤温度 Soil temperature
			土壤水分 Soil moisture
西大滩站 Xidatan station （XDT）	94.1170° E 35.7170° N 4538 m	高寒草原类 Alpine grassland	降水量 Precipitation	30
			土壤热通量 Soil heat flux
			土壤温度 Soil temperature
			土壤含水量 Soil moisture content
			向上长波辐射 Upward long wave radiation
			向下长波辐射 Downward long wave radiation
唐古拉站 Tanggula station （TGL）	91.9330° E 33.0670° N 5110 m	高寒草甸类 Alpine meadow	降水量 Precipitation	30
			土壤热通量 Soil heat flux
			土壤温度 Soil temperature
			土壤含水量 Soil moisture content
			向上长波辐射 Upward long wave radiation
			向下长波辐射 Downward long wave radiation
垭口站 Yakou station （YK）	100.2421° E 38.0142° N 4148 m	高寒草甸类 Alpine meadow	降水量 Precipitation	30	2015-6-1-2015-6-30
			土壤热通量 Soil heat flux
			土壤温度 Soil temperature
			土壤水分 Soil moisture

站点名 Site name	位置（经度/纬度/海拔） Location （longitude/ latitude/altitude）	下垫面 Underlying surface	观测项目 Observation item	时间分辨率Temporal resolution （min）	观测无效时段 Observation invalid period （年-月-日Year-month-day）
大沙龙站 Dashalong station （DSL）	98.9406° E 38.8399° N 3739 m	沼泽类 Swamp	降水量 Precipitation	10	2015-9-13
			土壤热通量 Soil heat flux
			土壤温度 Soil temperature
			土壤水分 Soil moisture
阿柔站 Arou station （AR）	100.4643° E 38.0473° N 3033 m	高寒草甸类 Alpine meadow	降水量 Precipitation	10	2015-7-31， 2015-8-4-2015-8-5， 2015-8-9-2015-8-16， 2015-8-18-2015-8-27， 2015-8-31-2015-9-20， 2015-9-30-2015-10-20
			土壤热通量 Soil heat flux
			土壤温度 Soil temperature
			土壤水分 Soil moisture
峨堡站 Ebao station （EB）	100.9151° E 37.9492° N 3294 m	高寒草甸类 Alpine meadow	降水量 Precipitation	10	2015-11-1-2015-11-5
			土壤热通量 Soil heat flux
			土壤温度 Soil temperature
			土壤水分 Soil moisture
景阳岭站 Jingyangling station （JYL）	101.1160° E 37.8384° N 3750 m	高寒草甸类 Alpine meadow	降水量 Precipitation	10
			土壤热通量 Soil heat flux
			土壤温度 Soil temperature
			土壤水分 Soil moisture
西大滩站 Xidatan station （XDT）	94.1170° E 35.7170° N 4538 m	高寒草原类 Alpine grassland	降水量 Precipitation	30
			土壤热通量 Soil heat flux
			土壤温度 Soil temperature
			土壤含水量 Soil moisture content
			向上长波辐射 Upward long wave radiation
			向下长波辐射 Downward long wave radiation
唐古拉站 Tanggula station （TGL）	91.9330° E 33.0670° N 5110 m	高寒草甸类 Alpine meadow	降水量 Precipitation	30
			土壤热通量 Soil heat flux
			土壤温度 Soil temperature
			土壤含水量 Soil moisture content
			向上长波辐射 Upward long wave radiation
			向下长波辐射 Downward long wave radiation
垭口站 Yakou station （YK）	100.2421° E 38.0142° N 4148 m	高寒草甸类 Alpine meadow	降水量 Precipitation	30	2015-6-1-2015-6-30
			土壤热通量 Soil heat flux
			土壤温度 Soil temperature
			土壤水分 Soil moisture

数据集名称 Dataset name	内容 Content	时间分辨率Temporal resolution	空间分辨率Spatial resolution	来源网址 Source URL
中国西部1 km全天候地表温度数据集1 km all-weather surface temperature data set in Western China	地表温度Surface temperature	Daily	1000 m	https：//data.tpdc.ac.cn/zh-hans/
MOD13Q1	归一化植被指数Normalized difference vegetation index （NDVI）红光、近红外波段地表反射率 Surface reflectance in red and near infrared bands	16 day	250 m	https：//ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/
MOD09GA	1~7波段地表反射率1-7 band surface reflectance	Daily	500 m	https：//ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/
中国区域地面气象要素驱动数据集China regional surface meteorological element driven data set	向下短波辐射Downward short wave radiation 向下长波辐射Downward long wave radiation	3-hour 3-hour	0.1° 0.1°	https：//www.tpdc.ac.cn/zh-hans/

数据集名称 Dataset name	内容 Content	时间分辨率Temporal resolution	空间分辨率Spatial resolution	来源网址 Source URL
中国西部1 km全天候地表温度数据集1 km all-weather surface temperature data set in Western China	地表温度Surface temperature	Daily	1000 m	https：//data.tpdc.ac.cn/zh-hans/
MOD13Q1	归一化植被指数Normalized difference vegetation index （NDVI）红光、近红外波段地表反射率 Surface reflectance in red and near infrared bands	16 day	250 m	https：//ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/
MOD09GA	1~7波段地表反射率1-7 band surface reflectance	Daily	500 m	https：//ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/
中国区域地面气象要素驱动数据集China regional surface meteorological element driven data set	向下短波辐射Downward short wave radiation 向下长波辐射Downward long wave radiation	3-hour 3-hour	0.1° 0.1°	https：//www.tpdc.ac.cn/zh-hans/

站点名Site name	线性关系式Linear relation	R²
大沙龙站 DSL station	G₀=1.05G	0.88
阿柔站 AR station	G₀=0.98G	0.55
峨堡站 EB station	G₀=1.11G	0.96
景阳岭站 JYL station	G₀=1.17G	0.84
西大滩站 XDT station	G₀=1.05G	0.94
唐古拉站 TGL station	G₀=1.02G	0.96
垭口站 YK station	G₀=1.02G	0.92