西藏纳木错地区土壤湿度变化特征分析

Open Journal of Natural Science 自然科学, 2020, 8(4), 282-290

Published Online July 2020 in Hans. /journal/ojns

https:///10.12677/ojns.2020.84038

Characteristics of Variation of

Soil Moisture at Namco,

Tibetan Plateau

Liuyi Gan

Chengdu University of Information Technology, Chengdu Sichuan

Received: Jun. 28th, 2020; accepted: Jul. 13th, 2020; published: Jul. 20th, 2020

Abstract

Using the observational soil moisture data from 10 to 160 cm in the Namco comprehensive obser-vation and research station of multi-layer interaction of Chinese Academy of Sciences and the gridded meteorological reanalysis data from the US National Center for Environmental Forecast-ing and US National Center for Atmospheric Research from 18 July to 16 September, 2014, the characteristics of the temporal variation of soil moisture at Namco lake were studied based on the linear trend analysis, Mann-Kendall analysis, and wavelet analysis, EOF analysis, and correlation analysis methods. The results show that the soil moisture in Namco changes greatly with time.

There is a significant abrupt change feature in the time series of soil moisture, and a main cycle of about 4 days for the soil moisture in Namco was also observed. EOF analysis shows that the spatial distribution of soil moisture in Tibet mainly shows the same changes in the central and eastern regions of Tibet, and the opposite changes was observed in the southwest region and the north of Naqu region. The changes of soil moisture in the Namco basin also show the consistent feature.

The correlation analysis shows that there is a significant negative correlation between soil mois-ture and surface temperature in Namco, while the correlation between soil moisture and precipi-tation in Namco are not significant.

Keywords

Namco, Soil Moisture, EOF Analysis, Correlation Analysis

西藏纳木错地区土壤湿度变化特征分析

甘镠易

成都信息工程大学，四川成都

甘镠易

收稿日期：2020年6月28日；录用日期：2020年7月13日；发布日期：2020年7月20日

摘

要

利用2014年7月18日~9月16日中国科学院纳木错多圈层相互作用综合观测研究站观测得到的10~160 cm 土壤湿度数据以及美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心提供的气象再分析格点资料，通过线性趋势分析、M-K 突变检验、小波分析、EOF 分析和相关分析等方法，对纳木错及青藏高原土壤湿度时空变化特征进行了分析，结果表明：纳木错不同深度土壤湿度均存在明显的时间变化特征，各层土壤湿度存在明显的突变特征，同时纳木错土壤湿度还存在约4天左右的主周期。EOF 分析表明西藏地区土壤湿度空间分布主要表现为中东部地区一致变化，而西南部和那曲北部地区呈反向变化的特征，纳木错流域土壤湿度则具有较一致的变化特征。相关分析表明青藏高原土壤湿度和地表温度间存在显著的负相关关系，而纳木错土壤湿度与降水的相关性不显著。

关键词

纳木错，土壤湿度，EOF 分析，相关分析

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1. 引言

土壤湿度可以影响陆地表面和大气之间的感热通量、潜热通量、辐射通量和动量通量交换，从而引起气候变化[1]。因此，土壤湿度对于气候预测和气候变化研究具有重要意义。此外，土壤湿度也是水文环境监测中的一个重要指标，通过土壤湿度可获取相关水文信息，对于监测生态环境的变化具有重要价值。纳木错是西藏第二大湖，也是世界海拔最高的大型湖泊。纳木错流域涵盖冰川、湿地、高山冻土、季节积雪、湖泊、高寒草原等多种下垫面类型，是研究青藏高原气候与环境变化的天然实验室。

土壤湿度对区域天气和气候变化有着重要影响，许多学者研究了土壤湿度的变化特征及其影响。陈秀波等[2]分析了土壤中各种环境因子对四种不同红松林真菌群落组成的影响。王子龙等[3]分析了松嫩平原黑土融雪期表层土壤湿度时空变化特征。张文冉[4]研究了新乡市土壤湿度的变化特征及其与气象因子的相关关系。王宇丹[5]使用多种土壤湿度资料讨论了不同季节滤波后土壤湿度的方差分布特征，分并对CESM 模式模拟土壤湿度次季节活动的能力进行了评估。王健[6]对比分析了不同耦合指数计算的全球土壤湿度—温度空间分布，发现北美洲的中南部、非洲南部和萨赫勒、印度半岛和澳大利亚北部为主要的耦合热点地区。土壤湿度年际变率变大不仅可以导致近地层温度平均值和变率显著增加，还能够影响近地层温度概率密度分布的形状。此外，许多研究还就土壤湿度与温度、降水间的联系[7] [8] [9] [10]、土壤湿度空间分布特征[11] [12] [13]、土壤湿度年际变化特征[14]、时间变化趋势[15]和周期特征[16]进行了深入分析，取得了许多重要科研成果。

青藏高原是世界上海拔最高(平均海拔超过4000 m)，面积最大，地形最为复杂的高原，高原上的地–气间水分与能量交换过程对亚洲季风的形成和变化有着极为重要的作用[17]。土壤湿度是陆气相互作用