【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于冰川凍土，具體涉及基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法。
技術介紹
1、多年凍土指的是位于地表以下一定深度的土壤或巖石層，其保持在0℃以下至少兩年。本專利技術所指的凍土年平均地溫是土壤溫度零振幅深度處(即該處的土壤溫度在年內不發生周期性變化)的年平均土壤溫度。凍土年平均地溫是衡量凍土退化的一個重要指標，在氣候變化背景下，對凍土年平均地溫的模擬估計對凍土退化以及凍土區的生態系統、水文過程和工程建筑等具有重大的意義。
2、凍土年平均地溫可以通過野外觀測、模型模擬等方法獲取。野外觀測通過在凍土鉆孔，實地測量凍土的溫度變化。野外觀測雖然精度高，但僅能獲取點尺度的凍土年平均地溫，由于其高成本，難以滿足區域尺度上的應用需求。模型模擬包括凍結指數模型、多年凍土頂板溫度(ttop)模型、地球物理研究所多年凍土實驗室2(gipl2)模型和kudryavtsev方法等。
3、ttop模型通過使用平衡方程來計算凍土年平均地溫，該模型使用空氣溫度作為主要驅動，耦合半經驗公式來解決空氣到地面的熱偏移以及積雪覆蓋的影響。目前ttop模型已廣泛用于加拿大、挪威、俄羅斯以及我國的青藏高原。
4、為了獲取大范圍、高分辨率、長時間序列的凍土年平均地溫信息，本專利技術基于ttop模型，提供了一種基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法。該方法在模擬和預測區域尺度的高分辨率凍土年平均地溫方面有廣闊的應用前景。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供基于空氣溫度的凍土年平均地
2、本專利技術所采用的技術方案是，基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，具體按照以下步驟實施：
3、步驟1、確定研究區域和年份區間；
4、第2步、數據獲取與整理；
5、第3步、模型關鍵參數計算；
6、第4步、凍土年平均地溫計算。
7、本專利技術的特點還在于，
8、步驟2具體按照以下步驟實施：
9、數據包括近地面空氣溫度數據、土地覆蓋數據以及積雪深度數據，根據步驟1確定的研究區域和年份區間，獲取對應研究區域和年份的空間分辨率為1km、時間分辨率為日尺度近地面空氣溫度數據，獲取對應研究區域和年份的空間分辨率為1km的土地覆蓋數據和積雪深度數據。
10、步驟3中采用的模型為多年凍土頂板溫度模型ttop，模型關鍵參數包括：氣凍結日指數fdd和空氣融化日指數tdd；凍結期氣溫與地面溫度比nf和融化期氣溫與地面溫度比nt；凍結與融化土壤的導熱系數比rk。
11、步驟3中空氣凍結日指數fdd和空氣融化日指數tdd根據步驟2獲取的日尺度的近地面氣溫數據計算，即fdd為一年內日均氣溫小于0℃的天數的日平均氣溫累加，tdd為一年內日平均氣溫大于0℃的天數的日均氣溫累加；
12、步驟3中nf為凍結期氣溫與地面溫度比，凍結期氣溫為日均氣溫小于0℃，nt為融化期氣溫與地面溫度比，融化期氣溫為日均氣溫大于0℃。
13、步驟3中在凍結期，nf的取值根據土地覆蓋的類型確定，其中，森林、灌木和濕地的nf取值分別為0.35、0.3和0.6，在裸地和草地，nf根據氣溫和積雪深度確定：首先根據nf與氣溫和積雪深度的關系圖，確定nf的取值，首先獲取該區域的平均氣溫，確定該氣溫下nf和積雪深度的關系曲線，其次根據該區域的積雪深度，在曲線中讀取對應的nf值，在融化期，nt的取值同樣根據土地覆蓋的類型確定，森林、灌木和濕地的nt取值分別為0.9、1.0和0.85，裸地和草地的nt取值為1.0；
14、步驟3中凍結與融化土壤的導熱系數比rk：rk是土壤在凍結與融化狀態下的導熱系數之比，rk取值取決于土壤水分和有機質含量，rk的取值同樣根據土地覆蓋的類型確定，森林、灌木、濕地、農田、草地和裸地的取值分別為0.95、0.7、0.55、0.75、0.75和0.95。
15、步驟4具體按照以下步驟實施：
16、采用多年凍土頂板溫度模型ttop計算凍土年平均地溫，凍土年平均地溫計算如下：
17、
18、其中，magt為凍土年平均地溫，nf為凍結期氣溫與地面溫度比；fdd為空氣凍結日指數，rk為凍結與融化土壤的導熱系數比，nt為融化期氣溫與地面溫度比，tdd為空氣融化日指數，τ為一年的天數。
19、本專利技術的有益效果是，基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，基于空氣溫度，結合土地覆蓋和積雪深度等數據，模擬計算凍土年平均地溫的時空分布。具有以下優點：
20、(1)模擬精度高：本專利技術提出的一種基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，具有1km的空間分辨率以及1年的時間分辨率，可以更好地模擬分析凍土年平均地溫的時空變化。
21、(2)普適性高：本專利技術提出的一種基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，可以根據需求靈活選擇研究區域，在凍土分布區進行廣泛使用。
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1.基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：
2.根據權利要求1所述的基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，其特征在于，所述步驟2具體按照以下步驟實施：
3.根據權利要求2所述的基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，其特征在于，所述步驟3中采用的模型為多年凍土頂板溫度模型TTOP，模型關鍵參數包括：氣凍結日指數FDD和空氣融化日指數TDD；凍結期氣溫與地面溫度比nf和融化期氣溫與地面溫度比nt；凍結與融化土壤的導熱系數比rk。
4.根據權利要求3所述的基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，其特征在于，所述步驟3中空氣凍結日指數FDD和空氣融化日指數TDD根據步驟2獲取的日尺度的近地面氣溫數據計算，即FDD為一年內日均氣溫小于0℃的天數的日平均氣溫累加，TDD為一年內日平均氣溫大于0℃的天數的日均氣溫累加。
5.根據權利要求3所述的基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，其特征在于，所述步驟3中nf為凍結期氣溫與地面溫度比，凍結期氣溫為日均氣溫小于0℃，nt為融化期氣溫與地面溫度比，融化期氣溫為日均氣溫大
6.根據權利要求5所述的基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，其特征在于，所述步驟3中在凍結期，nf的取值根據土地覆蓋的類型確定，其中，森林、灌木和濕地的nf取值分別為0.35、0.3和0.6，在裸地和草地，nf根據氣溫和積雪深度確定：首先根據nf與氣溫和積雪深度的關系圖，確定nf的取值，首先獲取該區域的平均氣溫，確定該氣溫下nf和積雪深度的關系曲線，其次根據該區域的積雪深度，在曲線中讀取對應的nf值，在融化期，nt的取值同樣根據土地覆蓋的類型確定，森林、灌木和濕地的nt取值分別為0.9、1.0和0.85，裸地和草地的nt取值為1.0。
7.根據權利要求6所述的基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，其特征在于，所述步驟3中凍結與融化土壤的導熱系數比rk：rk是土壤在凍結與融化狀態下的導熱系數之比，rk取值取決于土壤水分和有機質含量，rk的取值同樣根據土地覆蓋的類型確定，森林、灌木、濕地、農田、草地和裸地的取值分別為0.95、0.7、0.55、0.75、0.75和0.95。
8.根據權利要求4所述的基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，其特征在于，所述步驟4具體按照以下步驟實施：
...【技術特征摘要】
1.基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：
2.根據權利要求1所述的基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，其特征在于，所述步驟2具體按照以下步驟實施：
3.根據權利要求2所述的基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，其特征在于，所述步驟3中采用的模型為多年凍土頂板溫度模型ttop，模型關鍵參數包括：氣凍結日指數fdd和空氣融化日指數tdd；凍結期氣溫與地面溫度比nf和融化期氣溫與地面溫度比nt；凍結與融化土壤的導熱系數比rk。
4.根據權利要求3所述的基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，其特征在于，所述步驟3中空氣凍結日指數fdd和空氣融化日指數tdd根據步驟2獲取的日尺度的近地面氣溫數據計算，即fdd為一年內日均氣溫小于0℃的天數的日平均氣溫累加，tdd為一年內日平均氣溫大于0℃的天數的日均氣溫累加。
5.根據權利要求3所述的基于空氣溫度的凍土年平均地溫模擬方法，其特征在于，所述步驟3中nf為凍結期氣溫與地面溫度比，凍結期氣溫為日均氣溫小于0℃，nt為融化期氣溫與地面溫度比，融化期氣溫為日均氣溫大于0℃。
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