长白山季节性冻土区土壤温湿度变化及其模拟

来源：水资源与水工程学报杂志2025年第4期北京时间：

作者：刘帆，李峰平，孙建，王跃峰，戴冠华，汪洪泽，何海燕

单位：（1.重庆师范大学地理与旅游学院,2.吉林大学新能源与环境学院,3.吉林长白山森林生态系统国家野外科学观测研究站,4.松辽水利委员会水文局（信息中心）,5.吉林省长白山保护开发区管理委员会机关事务管理中心

摘要：土壤冻融过程影响水热分配，对流域生态水文过程及农作物生长至关重要。为了揭示长白山地区季节性冻土的水热变化特征，基于该区域不同埋深（0~120 cm）的土壤温湿度数据，通过相关分析和应用水热耦合模型（SHAW）等方法，确定了最大季节冻结深度及其温湿度变化特征，并分析了不同阶段（冻结期、融化期、蒸发期和稳定期）的土壤温湿度特征，揭示了土壤温湿度与气候因子之间的响应规律，模拟了冻融层温湿度变化过程。结果表明：季节性冻土主要分布在0~30 cm深度范围内，在冻结期间土壤温湿度基本不变，而在融化期内，从表层到底层温湿度的变化幅度逐渐减小，其中温度从约5.2 ℃降至约0.1 ℃，湿度由0.013 cm3/cm3降为0.004 cm3/cm3；在融化期，土壤温度对气温的响应更敏感，而土壤湿度则对降水更为敏感，并同时受到降水和融雪的补给；在蒸发期，气温迅速回升，导致土壤温度以0.2 ℃/d的速度增加，但由于降水补给不足，土壤湿度普遍处于亏缺状态；SHAW模型能够有效模拟该地区季节性冻土的温湿度变化情况，尤其在温度模拟方面表现优于湿度，深层模拟效果优于表层；对于湿度模拟，Campbell方法更为适用，而对于温度模拟，Brooks-Corey方法表现更佳。研究成果可为长白山地区的土壤水热过程预测及水资源的高效利用提供科学依据。

关键词：季节冻土,冻融过程,土壤蒸发,土壤温度,土壤湿度,水热耦合,SHAW模型,长白山

基金资助：国家自然科学基金面上项目（42471033）;国家自然科学基金项目（42201045）