地温变化过程及其机理研究

发布时间：2018-03-09 05:32

本文选题：地温　切入点：气温　出处：《中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：气候变暖毋庸置疑。气候变化的影响是多尺度、全方位、多层次的,正面和负面影响并存。近年来,人们对气候变化的关注与日俱增,研究表明,近150年全球气温平均上升了0.76℃,全球增温影响着一系列生态过程和生态系统稳定性。尽管气温升高对各生态系统过程的影响已被广泛研究,但是地温变化及其对地下过程的影响还知之甚少,尤其是在深层土壤中。本研究利用中国地温及气象数据,开展了近50年地温变化过程的研究,并依托于中国科学院长岭草地农牧生态研究站,从立地尺度分析了退化草地植被对地温的影响及其机理。研究发现:全国地表温度普遍上升,平均以0.38℃/10a的速度递增,高出气温30%。可能会导致土壤比预想中排放更多的C到大气中。地表的年平均温在北部地区和南部地区分别增加了2.07 4.04°C和0.66 2.21°C,增速最快在冬季。地温的升高波及到3.2米土层。我们预测地温升高会使土壤呼吸速度增加8%,加强了气候变暖,并且地温升高延长了潜在生长季长达12天。然而仅使用气温数据来推算土壤温度的变化会低估上述影响。上述结果都强调了地温升高以及使用地温数据来评估和预测土壤过程的重要性。全国地表日最高温以0.31℃/10a的速度增长,全国地表日最低温以0.55℃/10a速度增长,地温夜晚增高幅度大于白天,导致全国地表日较差(日最高温与日最低温之差)以0.25℃/10a的速度缩小。地表日最高(低)温的升高趋势自南向北(自东向西)逐渐增强。日照时数和降水是影响地温不对称增温的重要因素。地气温差在某种程度上可以反映感热通量的变化,也可对农作物的种植和管理提供依据。全国水平上50年平均地气温差为2.05℃(地温气温),并以0.06℃/10a的速度缩小,其中冬季贡献最大(0.17℃/10a)。中国温带草原区各层地温的年平均值在10.3-10.6°C内波动,各层地温呈现有规律的季节变化,其中秋冬两季的地温随着土层加深逐渐升高,春夏两季反之,且变化幅度以夏季最大,冬季次之,春秋两季最小。本文建立一组对数函数模型来描述逐月地温的垂直分布特征。春夏季节的各层地温随土层加深呈对数函数y=b+a(1-e-cx),秋冬季节的各层地温随土层加深呈对数函数y=b+a(1-e-c(d-x)),其中冬季和夏季的各月份地温垂直特征明显。研究的前15年夏季地温随土层深度变化的模拟函数为y=-14.7+15.54(1-e-0.1211x),冬季地温随土层深度变化的模拟函数为y=-14.7+15.54(1-e-0.1211(20-x)),两者关于y=10对称,即前15年的年均地温为10℃。后15年平均夏季地温随土层深度变化的模拟函数为y=-14.5+15.36(1-e-0.1121x),冬季地温随土层深度的模拟函数为y=-14.5+15.36(1-e-0.1121(22-x)),两者关于y=11对称,即后15年的年均地温为11℃。草地植被对光有截获作用,草地退化越严重,其对光的截获越小。时间上,植被截获的光照度百分比大小顺序为17点13点9点,以中午13点为例,未退化草地、轻度退化草地、重度退化草地对光的截获分别为88%、62%、29%。植被对光的截获分为物理遮挡损失部分和生命活动消耗部分,不同退化程度草地间的功能分配差异较大,其中未退化草地物理遮挡所消耗的光照度所占比例最大,以上午9点为例,植被共截获了光照的80%,其中物理遮挡损失了66%,生命活动消耗了14%,剩余的20%被地面接收。草地植被对光的截获直接降低了草地温度,未退化草地降温效果最明显,与裸地相比,地表降温近10°C(13:00)。轻度退化草地的降温效果仅次于未退化草地,重度退化草地植被低矮稀疏,近于裸地,但其地表温度仍与裸地有2-4°C的温度差异。光照度与温度的拟合结果也显示二者具有较高的相关性。草地退化越严重地温升高越大,这将打破地表热量向下传导和向上与大气交换的平衡状态,改变草地大气-植被-土壤的能量分配。
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【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S152.8

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