李智斌， 趙 林，2， 劉廣岳， 鄒德富， 汪凌霄， 楊 斌， 杜二計，胡國杰， 周華云， 王 翀， 幸贊品， 趙建婷， 殷秀峰，

遲鴻飛5， 譚昌海4， 陳 文4

（1.南京信息工程大學地理科學學院，江蘇南京 210044； 2.中國科學院大學，北京 100049； 3.中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，甘肅蘭州 730000； 4.中國地質(zhì)調(diào)查局自然資源綜合調(diào)查指揮中心，北京 100055； 5.中國科學院青藏高原研究所，北京 100101）

0 引言

多年凍土是寒冷氣候的產(chǎn)物，其中存儲了大量的地下冰，地下冰的變化能夠在一定程度上調(diào)節(jié)地區(qū)的水循環(huán)過程[1］。青藏高原現(xiàn)有多年凍土的面積約為106×104km2，約占整個高原面積的40%[2］?；顒訉邮侵肝挥诙嗄陜鐾林舷募救诨⒍緝鼋Y的土層[3］，是多年凍土與大氣之間進行水熱能量交換的過渡層，其水熱變化能在一定程度上反映多年凍土區(qū)地氣能量交換狀況[4-5］。土壤水分的變化增加了陸面和大氣相互作用的復雜性，對氣候變化的研究與預測起著非常重要的作用[6-9］。

多年凍土區(qū)活動層內(nèi)部較高的土壤水分條件不僅是維系高寒生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的基本條件，也通過其水分的變化和凍結融化，形成多年凍土區(qū)獨特的地氣能水交換過程和徑流形成過程。準確地描述活動層內(nèi)部水分分布情況無論是對于高原上的水文研究、生態(tài)研究還是陸面過程研究，都是不可忽略的重要一環(huán)[10-12］。長期以來，多年凍土區(qū)水文及氣象數(shù)據(jù)的獲取都是青藏高原研究的難點，近年來被廣泛應用于陸面過程模式和遙感研究的幾個主要土壤水分數(shù)據(jù)分別來自于瑪曲、那曲和青藏公路沿線地區(qū)，其中前兩個地區(qū)屬于季節(jié)凍土區(qū)，而后者的監(jiān)測多分布于青藏公路沿線，對于整個青藏高原來說，已有站點數(shù)量較少且分布不均，基于站點尺度的青藏高原多年凍土區(qū)土壤水分遙感反演和模式模擬研究不能滿足精細化的空間數(shù)據(jù)研究和驗證需求。

實測數(shù)據(jù)的缺乏限制了青藏高原多年凍土區(qū)活動層土壤水分的研究，通過衛(wèi)星遙感手段反演的土壤水分數(shù)據(jù)及陸面過程模式同化得到的再分析土壤水分數(shù)據(jù)也由于缺乏實測數(shù)據(jù)而存在一定的誤差[13-15］。全球陸面過程模式同化數(shù)據(jù)GLDAS 與ERA5 再分析數(shù)據(jù)近些年在高原地區(qū)應用廣泛，Cheng 等[16］在瑪曲、那曲及阿里等地區(qū)將ERA5 再分析土壤水分產(chǎn)品與多源衛(wèi)星土壤水分產(chǎn)品進行對比評估，發(fā)現(xiàn)目前ERA5 的土壤水分精度要低于衛(wèi)星遙感產(chǎn)品，但是ERA5 再分析資料具有良好的時空連續(xù)性；王婉昭等[17］利用GLDAS 數(shù)據(jù)分析了青藏高原及其周邊地區(qū)氣溫和降水的時空分布和變化特征，檢驗了其在高原地區(qū)的適用性。鄧明珊等[18］選取青藏高原中部那曲地區(qū)試驗點的土壤水分數(shù)據(jù)與GLDAS 中陸面過程模型模擬的土壤水分產(chǎn)品進行對比分析，發(fā)現(xiàn)NOAH 陸面模式資料在青藏高原地區(qū)的適用性較好?？偟膩碚f，雖然兩種土壤水分產(chǎn)品都能一定程度上表達區(qū)域或全球尺度土壤水分分布狀況，但是對于較小區(qū)域尺度來說，其低空間分辨率的數(shù)據(jù)難以描述土壤水分分布的空間分異性，也無法表示不同下墊面對于土壤水分分布的影響。再分析數(shù)據(jù)的不足，與實測數(shù)據(jù)的缺乏有較大的關系，因此，擴充多年凍土區(qū)的土壤水分實測數(shù)據(jù)對于更精確的青藏高原區(qū)域陸面生態(tài)水文過程模擬具有重要意義。

本研究基于“第二次青藏高原綜合科學考察研究——多年凍土對亞洲水塔的影響”專題，于2020年10 月12 日至11 月22 日開展了長江源多年凍土區(qū)野外科學考察工作。科考區(qū)域主要位于長江源區(qū)的沱沱河源頭、唐古拉山脈格拉丹冬北坡。氣候變化背景下，長江源區(qū)氣溫增溫顯著，蒸發(fā)量、徑流量總體呈增加趨勢[19］，多年凍土也正在退化，活動層內(nèi)部水分狀態(tài)和動態(tài)過程也隨之發(fā)生了變化，準確獲取活動層的水分情況是評估和預估其未來變化的前提。本次科考通過鉆探與坑探兩種方式采集了大量土壤樣品來獲取土壤含水量數(shù)據(jù)，本文基于對不同植被類型、不同坡位、不同坡向以及不同凍結類型的活動層總含水量、剖面含水量分布及其空間異質(zhì)性進行了分析和討論。該研究可以為長江源地區(qū)的水文研究、生態(tài)研究以及陸面過程研究提供參考與驗證。此外，本研究選用GLDAS-Noah 同化數(shù)據(jù)和ERA5-Land 再分析資料與實測資料進行對比分析，評估兩種資料的土壤水分數(shù)據(jù)在此區(qū)域的適用性，為青藏高原土壤水分的后續(xù)研究提供參考。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 研究區(qū)概況

青藏高原唐古拉山脈格拉丹冬雪山北坡的沱沱河源區(qū)以及通天河源區(qū)屬于長江源區(qū)。沱沱河源區(qū)位于青海省的西南部、唐古拉山主峰格拉丹冬雪山的北側(cè)，流域面積約為1.58×104km2[20］（圖1）。沱沱河流域內(nèi)山體多，地勢高，海拔高度在4 489~6 468 m之間[19］，氣候干冷，土壤凍結期長，屬于連續(xù)多年凍土區(qū)[21］。流域內(nèi)地表植被類型主要以高寒草甸和高寒草原為主，部分區(qū)域高寒草甸退化明顯，高寒沼澤草甸分布較少。

1.2 數(shù)據(jù)

1.2.1 實測數(shù)據(jù)

野外采樣過程主要參考《多年凍土調(diào)查手冊》，利用鉆探與坑探兩種方法進行[22］。本次野外考察共布設鉆孔32 個（鉆孔編號為TTH01~TTH32），探坑20個。鉆探采樣深度范圍為0~20 cm、20~50 cm、50~80 cm、80~100 cm、100~150 cm、150~200 cm、200~300 cm、300~400 cm、400~500 cm；坑探采樣深度范圍為0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~50 cm、50~70 cm、70~100 cm、100~150 cm、150~200 cm；本研究選取數(shù)據(jù)以鉆探數(shù)據(jù)為主，坑探為輔。科考過程中采用物探與鉆探相結合的方式來確定多年凍土基本特征，結果顯示，26 個鉆孔所在位置存在多年凍土，其他6 個鉆孔位于融區(qū)內(nèi)，屬于季節(jié)凍土（圖1）。

圖1 研究區(qū)及采樣點Fig.1 Study area and sampling sites

樣品的采集是環(huán)刀法進行的，為避免土壤水分損失，在采樣現(xiàn)場進行稱重，獲取濕土重量及濕容重。隨后帶回實驗室在烘箱內(nèi)105 ℃烘干24 h，最后稱重計算質(zhì)量含水量及干容重。如式（1）：

式中：W為質(zhì)量含水量；Mw為濕土質(zhì)量；Md為干土質(zhì)量。

土壤干容重計算如式（2）：

式中：Bd為土壤干容重；Vs為土體積。

土壤體積含水量V的計算可以由質(zhì)量含水量與干容重計算而來，如式（3）：

由于此次野外考察區(qū)域?qū)儆诟呱礁吆貐^(qū)，表層土壤碎石含量較高，樣品采集較為困難，環(huán)刀采樣法在部分采樣點無法使用，因此只在12個采樣點采集了容重數(shù)據(jù)。在分析活動層含水量及剖面土壤水分變化時，均采用質(zhì)量含水量，而與再分析數(shù)據(jù)對比分析時，則使用體積含水量。

1.2.2 SRTMTPI 90 m坡位數(shù)據(jù)

坡位指數(shù)（TPI），由Weiss[23］提出，其目的是用來描述地形部位的一個地形參數(shù)。坡位指數(shù)基本思路是：用某點高程與其周圍一定范圍內(nèi)平均高程的差，結合該點的坡度，來表示其在坡面上所處的部位，從而確定研究目標點與其周圍地形的位置關系。TPI 與坡位等級對應情況如表1 所示，SD 代表鄰域高程標準差。

表1 坡位類型判斷標準Table 1 The Criteria for judging TPI

本研究采用的坡位數(shù)據(jù)來源于中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心地理空間數(shù)據(jù)云平臺，是由SRTM V4.1 90 m 分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)加工而成，在此數(shù)據(jù)集中，坡位類型已采用分類代碼（1~6）進行標識。

1.2.3 SRTM

SRTM 由美國太空總署和國防部國家測繪局聯(lián)合發(fā)布，通過對獲取的雷達影像數(shù)據(jù)進行處理，制成了數(shù)字地形高程模型，即現(xiàn)在的SRTM 地形產(chǎn)品數(shù)據(jù)。本研究采用SRTM 30 m 數(shù)據(jù)集，分辨率為30 m，用于對研究區(qū)進行陰坡與陽坡的分類。

1.2.4 ERA5-Land再分析數(shù)據(jù)

ERA5 是歐洲中期天氣預報中心發(fā)布的第五代再分析資料。相較于第四代ERA-Interim 數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)將更多的歷史觀測數(shù)據(jù)利用到先進的數(shù)據(jù)同化模式系統(tǒng)中，用以估計更為準確的大氣狀況，并采用了4DVar 數(shù)據(jù)同化方法，其數(shù)據(jù)更新速度、時間分辨率與空間分辨率均有了較大提升[24-25］。

ERA5-Land 是在ERA5 的基礎上對陸地區(qū)域進行重新模擬而成的再分析數(shù)據(jù)集，相較于ERA5 具有更高的空間分辨率。本研究根據(jù)土壤樣品采集時間提取研究區(qū)2020 年10 月12 日至11 月22 日的ERA5-Land 四層再分析土壤水分數(shù)據(jù)：Layer1（0~7 cm）、Layer2（7~28 cm）、Layer3（28~100 cm）以及Layer4（100~289 cm），空間分辨率為0.1°×0.1°。

1.2.5 GLDAS-Noah同化數(shù)據(jù)

全球陸面數(shù)據(jù)同化系統(tǒng)GLDAS 的數(shù)據(jù)產(chǎn)品目前在陸面水文過程研究方面應用廣泛，該數(shù)據(jù)集更新速度較快，可提供1979 年至今的同化數(shù)據(jù)資料。GLDAS 調(diào)用了4 個陸面過程模型：Noah（0.25°×0.25°）、CLM、VIC 和Mosaic（1°×1°）。本研究篩選使用Noah 模式驅(qū)動GLDAS 的4 層土壤水分資料：Layer1（0~10 cm）、Layer2（10~40 cm）、Layer3（40~100 cm）以及Layer4（100~200 cm），時間段為2020年10月12日至11月22日，時間分辨率為3 h。

1.3 方法

本研究以野外考察實測數(shù)據(jù)為基礎，結合SRT?MTPI 90 m 坡位因子數(shù)據(jù)、SRTM 數(shù)據(jù)及采樣點環(huán)境因子記錄，分析區(qū)內(nèi)不同植被類型、不同坡位、不同坡向以及不同凍土類型的活動層土壤含水量情況，同時與GLDAS-Noah 同化產(chǎn)品、ERA5-Land 再分析資料進行對比，評估兩種土壤含水量數(shù)據(jù)在此區(qū)域的適用性，方法流程如圖2所示。

圖2 研究方法流程Fig.2 The flowchart of research methodology

本研究在分析不同植被類型、坡位類型、坡向類型以及凍土類型的活動層土壤含水量特征時采用了箱線圖展示。箱線圖主要包括6 個部分：下邊緣、下四分位數(shù)、中位數(shù)、上四分位數(shù)、上邊緣以及超出上下邊緣的異常值。箱線圖可用于反映原始數(shù)據(jù)分布的特征，還可以進行多組數(shù)據(jù)分布特征的比較。由于分類原因，部分類別數(shù)據(jù)量較少，故而箱線圖的幾個部分會呈現(xiàn)出重合現(xiàn)象。

1.3.1 植被類型分類

植被狀況是地表土層中的水分、熱量和養(yǎng)分動態(tài)平衡過程的一種外在表現(xiàn)，不同植被類型下的土壤持水能力和土壤水熱動態(tài)運輸過程也不同[26］。該研究考慮了植被和土壤含水量的協(xié)同作用關系，對比分析了不同植被類型活動層土壤含水量的差異。此次野外考察以現(xiàn)場識別的方式判別了研究區(qū)內(nèi)各個采樣點所屬植被類型，其中，高寒沼澤草甸采樣點2個、高寒草甸11個、高寒草原12個，不同植被類型的孔位分布如圖3所示。

1.3.2 坡位與坡向分類

坡位通過影響土壤水分下滲遷移路徑從而改變土壤含水量[27-28］。該研究區(qū)域內(nèi)山地眾多、地形復雜度高，坡位因子對活動層土壤含水量的影響也尤為重要。本研究利用SRTMTPI 90 m 數(shù)據(jù)集，結合鉆探與坑探編目，將采樣點的坡位分為四類：上坡位、中坡位、平坡位和下坡位。其中，屬于上坡位類型的采樣點2個，中坡位3個，平坡位18個，下坡位2個。不同坡位類型的采樣點分布如圖3所示。

圖3 采樣點的植被類型和坡位類型Fig.3 Slope position type and vegetation type of sampling sites

不同坡向接收的太陽輻射量和風力作用強度不同，導致降水量、蒸散發(fā)量乃至土壤物質(zhì)組成均會存在一定差異，進而對活動層水分特征形成影響。本文對研究區(qū)采樣點的坡向進行計算，把坡向為0°~90°和270°~359°所有偏北的坡定義為陰坡，90°~270°之間所有偏南的坡定義為陽坡。采樣點的歸類結果為，陽坡10個、陰坡15個。

2 結果與分析

2.1 不同植被類型活動層水分差異分析

三種植被類型活動層總含水量及活動層剖面含水量分布特征顯示如圖4。

圖4 不同植被類型的活動層土壤含水量Fig.4 Soil moisture content of active layer under different vegetation types：the total soil moisture content of active layer under different vegetation types（a）；the soil moisture content of active layer profile in alpine marsh meadow（b）；the soil moisture content of active layer profile in alpine meadow（c）；the soil moisture content of active layer profile in alpine steppe（d）

對采樣點探坑編目記錄和質(zhì)量含水量測量結果的統(tǒng)計分析顯示，該區(qū)域采樣點的活動層平均厚度約為2.72 m，活動層土壤含水量平均約為14.0%，不同植被類型活動層含水量隨深度的變化存在一定差異。

在空間分布上，不同植被類型活動層總含水量差異較大[圖4（a）］，高寒沼澤草甸活動層土壤含水量最高，平均為17.7%，在10 cm 處土壤含水量達到43.0%，其次為高寒草甸植被，約為16.8%，高寒草原植被的土壤最干，約為10.4%。

在垂直剖面上，高寒沼澤草甸區(qū)的活動層表層土壤含水量高于深層；高寒草甸的活動層含水量呈現(xiàn)表層高、中間低和底部高的特征，不同觀測點10 cm、175 cm 及250 cm 深度處土壤含水量的空間差異性較大；高寒草原植被類型活動層土壤水分在垂直剖面上的分布與高寒草甸相似，但土壤含水量在垂直剖面上的變化幅度較小，這可能與該類區(qū)域的活動層平均厚度較大有關（約為3 m）。

2.2 多年凍土區(qū)與季節(jié)凍土區(qū)水分差異分析

多年凍土區(qū)與季節(jié)凍土區(qū)的土壤含水量也存在著較大差異[29］。通過對比研究區(qū)內(nèi)高寒草原類型下多年凍土區(qū)與融區(qū)（季節(jié)凍土）淺表層0~350 cm 深度范圍的質(zhì)量含水量發(fā)現(xiàn)，多年凍土區(qū)含水量相對較高[圖5（a）］，約為10.5%，季節(jié)凍土區(qū)則較低，約為6.1%。在垂直剖面上，隨著深度的增加，兩者含水量均呈現(xiàn)出先增大后減小再增大的趨勢，但多年凍土區(qū)的這種變化趨勢更為顯著[圖5（b），5（c）］。

圖5 不同凍土類型土壤含水量Fig.5 Soil moisture content of different frozen ground types：0~350 cm total soil moisture content of different types of frozen soil（a）；the soil moisture content of soil profile in permafrost region（b）；the soil moisture content of soil profile in seasonally frozen ground（c）

2.3 不同坡位活動層水分差異分析

對比不同坡位類型活動層質(zhì)量含水量[圖6（a）］表明，上坡位活動層含水量最高，約21.9%；中坡位和下坡位的含水量相近，分別為14.2%和14.4%，平坡位最低，為13.1%。

在垂直剖面上，上坡位[圖6（b）］和中坡位[圖6（c）］表層含水量的空間差異性較大，而平坡位[圖6（d）］類型區(qū)整個剖面的含水量都存在一定的空間差異性，下坡位[圖6（e）］的空間差異性最小。上坡位與下坡位類型的活動層含水量變化趨勢相似，均呈現(xiàn)出由表層向深部逐漸增加的趨勢；中坡位10 cm 處含水量最高，約達22.9%，隨深度的增加呈明顯下降趨勢；平坡位類型的多年凍土活動層含水量隨深度變化不大。

圖6 不同坡位類型的活動層土壤含水量Fig.6 Soil moisture content of active layer with different slope types：the total soil moisture content of active layer with different TPI（a）；the soil moisture content of active layer profile in upper slope（b）；the soil moisture content of active layer profile in middle slope（c）；the soil moisture content of active layer profile in flat slope（d）；the soil moisture content of active layer profile in lower slope（e）

2.4 不同坡向活動層水分差異分析

對比不同坡向活動層質(zhì)量含水量[圖7（a）］表明，位于陽坡的活動層整體含水量為15.6%，高于陰坡的活動層含水量，為13.1%。陽坡位置的多年凍土活動層厚度平均約為2.73 m，陰坡約為2.71 m，對比陰坡與陽坡的活動層剖面含水量分布情況[圖7（b），7（c）］，發(fā)現(xiàn)陰坡與陽坡活動層剖面含水量變化情況相似，均呈現(xiàn)出先減小后增大再減小再增大的變化趨勢。

圖7 不同坡向類型的活動層土壤含水量Fig.7 Soil moisture content of the active layer in different slope directions：the total soil moisture content of active layer on shady slope and sunny slope（a）；the profile soil moisture content of active layer on sunny slope（b）；the profile soil moisture content of active layer on shady slope（c）

2.5 GLDAS-Noah 同 化 產(chǎn) 品 與ERA5-Land 再 分析資料的適用性評估

本研究將兩種數(shù)據(jù)產(chǎn)品（GLDAS-Noah、ERA5-Land）與實測資料不同深度土壤含水量進行精度對比，由于兩種數(shù)據(jù)產(chǎn)品的空間分辨率相較于實測數(shù)據(jù)來說均較高，故在此選用12個采樣點不同深度體積含水量的均值來與兩種數(shù)據(jù)產(chǎn)品進行對比，根據(jù)深度進行加權平均計算得到四個深度范圍（0~50 cm，50~100 cm，100~200 cm，0~200 cm）的土壤含水量。發(fā)現(xiàn)GLDAS-Noah 土壤水分產(chǎn)品在此區(qū)域的適用性更好，無論是不同剖面深度的土壤含水量，還是0~200 cm 土壤總含水量，均優(yōu)于ERA5-Land 再分析資料。就0~200 cm 土壤總含水量而言（表2），實測數(shù)據(jù)的含水量約為23.2%，GLDAS-No?ah 約為24.2%，ERA5-Land 約為50.6%，由此可見，與實測數(shù)據(jù)相比，GLDAS-Noah 同化水分數(shù)據(jù)的誤差較小，與實測數(shù)據(jù)對比的誤差在10%以內(nèi)，而ERA5-Land再分析資料存在明顯高估。

表2 不同類型數(shù)據(jù)土壤體積含水量Table 2 The comparison of soil volumetric moisture content for different types of data

對于0~200 cm 土壤剖面含水量變化而言（圖8），ERA5-Land 與GLDAS-Noah 的土壤含水量均呈現(xiàn)出隨深度增加而增大的趨勢，而實測數(shù)據(jù)則先增大后減小。

圖8 實測資料與再分析資料的土壤含水量對比Fig.8 The comparison of soil moisture content between actual measured data and reanalysis data：the comparison of total soil moisture content of measured data and reanalysis data（a）；the soil moisture content of shallow soil profile of measured data（b）；the soil moisture content of shallow soil profile of GLDAS-Noah（c）；the soil moisture content of shallow soil profile of ERA5-Land（d）

圖9 展示了兩種土壤水分產(chǎn)品數(shù)據(jù)在0~30 cm及100~200 cm 深度范圍的空間分布特征。ERA5-Land 再分析土壤水分數(shù)據(jù)與實測水分數(shù)據(jù)空間分布存在較大區(qū)別，大部分地區(qū)都存在顯著的高估。GLDAS-Noah 水分產(chǎn)品雖然在0~30 cm 處也存在一定的高估與低估，但誤差均較小，且在100~200 cm處具有較高的一致性。

圖9 實測資料與再分析資料土壤含水量空間分布Fig.9 The spatial distribution of soil moisture content of measured data and reanalysis data：0~30 cm measured data and ERA5-Land（a）；100~200 cm measured data and ERA5-Land（b）；0~30 cm measured data and GLDAS-Noah（c）；100~200 cm measured data and GLDAS-Noah（d）

圖10 統(tǒng)計了兩種土壤水分產(chǎn)品數(shù)據(jù)在高寒草甸和高寒草原兩種植被類型區(qū)與實測數(shù)據(jù)相比情況。相較于實測數(shù)據(jù)，ERA5-Land 數(shù)據(jù)均存在明顯的高估，GLDAS-Noah 數(shù)據(jù)在這兩種植被類型區(qū)也存在一定的高估，但是誤差范圍較小，且在高寒草甸地區(qū)的準確性要高于高寒草原地區(qū)。

圖10 兩種植被類型下的實測數(shù)據(jù)與再分析水分產(chǎn)品對比Fig.10 The comparison of measured data and reanalysis of moisture products under two vegetation types

3 討論

沱沱河源區(qū)土壤含水量與植被發(fā)育情況存在明顯的正相關關系，這主要由于植被發(fā)育越好，土壤持水性也越好，從而使得表層土壤含水量較高。凍結季活動層內(nèi)土壤含水量的垂直剖面分布特征主要受植被類型、土壤質(zhì)地和水分遷移的影響[30］。研究區(qū)內(nèi)高寒草甸和高寒草原植被類型的活動層內(nèi)部土壤含水量呈現(xiàn)表層和底部高與中間低的特征，表明在區(qū)域尺度，由于氣候條件相似，水分遷移是影響活動層內(nèi)部土壤水分分布的主要原因；但植被發(fā)育狀況與活動層內(nèi)部的土壤水分是相互影響的，高寒沼澤草甸植被類型由于其持水性較好，表層土壤含水量大，影響凍結季水分遷移的量級和時間，因此高寒沼澤草甸植被類型的活動層內(nèi)部土壤水分分布特征主要是植被類型影響[31-32］。整體上，研究區(qū)內(nèi)多年凍土活動層平均厚度約為2.72 m，高于青藏高原2.30 m 的平均活動層厚度[33］，結合采樣點的環(huán)境編目記錄，表明沱沱河源區(qū)多年凍土正處于退化狀態(tài)，一定程度上影響了活動層的土壤含水量[34］。

對比不同坡位的活動層水分分布特征，發(fā)現(xiàn)該研究區(qū)的坡位水分特征與目前大部分研究得出的結論有所差異，此區(qū)域的坡位與土壤含水量并沒有明顯的相關性[35］。研究區(qū)內(nèi)地形以山地為主，受凍結季水分遷移的影響，土壤水分以自下而上先向凍結鋒面遷移為主，山體坡面活動層土壤水分側(cè)向流動有所減弱[36］，因此上坡位土壤含水量高于下坡位[27］。此外，土壤質(zhì)地可能也是影響不同坡位活動層含水量的因素，由于重力作用，上坡位粗顆粒土壤及礫石會向中坡位及平坡位滾動遷移，而中坡位區(qū)域的大部分礫石也會向平坡位遷移，所以平坡位土壤粒徑大于中坡位，其持水性弱于中坡位，導致其含水量也低于中坡位[37］；而下坡位地區(qū)坡度較小，地表起伏度也較小，上坡位及中坡位區(qū)域的礫石及粗顆粒土壤無法達到該區(qū)，但坡上細顆粒土壤部分會隨著流水作用到達該區(qū)域，導致該區(qū)域土壤質(zhì)地較為緊密，持水性較強，因此，下坡位的土壤含水量也相對較高。

GLDAS-Noah 同化產(chǎn)品和ERA5-Land 再分析數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)在剖面水分變化方面相比均存在誤差，其原因可能是凍結季活動層內(nèi)部的水熱遷移以及不同坡位類型土壤質(zhì)地存在差異[38］，從而引起同化系統(tǒng)模式的凍融參數(shù)化方案存在一定的問題，造成其對土壤的凍融過程模擬得不準確，難以捕捉到土壤含水量隨深度的變化。同時，研究區(qū)內(nèi)各地理要素具有較強的空間異質(zhì)性，對兩種土壤水分產(chǎn)品的精度評估也會造成一定的影響。

4 結論

本研究基于“青藏高原第二次綜合科學考察研究——多年凍土對亞洲水塔的影響”專題，利用野外綜合調(diào)查所采集的多年凍土區(qū)土壤水分數(shù)據(jù)，從不同植被類型、不同坡向類型、不同坡位類型以及不同凍土類型四個方面分析了該區(qū)域凍結季多年凍土活動層及淺表層0~350 cm 土壤剖面水分的分布特征與整體含水量。

（1）研究表明，此區(qū)域多年凍土存在退化現(xiàn)象，活動層厚度平均約2.72 m，活動層土壤質(zhì)量含水量約為14.0%?；顒訉油寥篮颗c植被類型存在明顯的相關性，高寒沼澤草甸地區(qū)土壤含水量最高，其次為高寒草甸地區(qū)，高寒草原地區(qū)最低。同時，除高寒沼澤草甸外，高寒草甸和高寒草原類型下的多年凍土區(qū)活動層剖面含水量分布特征均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢。

（2）研究區(qū)內(nèi)多年凍土區(qū)與季節(jié)凍土區(qū)的土壤含水量存在明顯區(qū)別，就高寒草原地區(qū)淺表層土壤含水量而言，多年凍土區(qū)高于季節(jié)凍土區(qū)。多年凍土區(qū)淺表層土壤剖面含水量呈現(xiàn)隨著深度的增加先增大后減小再增大的趨勢，季節(jié)凍土區(qū)也存在此趨勢但沒有多年凍土區(qū)顯著。

（3）坡位和坡向?qū)τ诨顒訉油寥篮康挠绊懸草^為明顯。坡位水分的空間分布一定程度上受到凍結季水分遷移與土壤質(zhì)地的影響，就活動層整體含水量而言，上坡位＞下坡位＞中坡位＞平坡位。對比不同坡位類型的活動層土壤含水量變化情況，上坡位與下坡位土壤含水量均呈現(xiàn)出由淺入深的增加趨勢，中坡位主要呈下降趨勢，平坡位類型下的多年凍土活動層土壤含水量整體變化不大。陽坡活動層含水量高于陰坡，且兩者的活動層剖面水分變化趨勢一致。（4）評估GLDAS-Noah 同化水分數(shù)據(jù)與ERA5-Land 再分析水分數(shù)據(jù)在該區(qū)的適用性情況，發(fā)現(xiàn)前者的準確度更高，誤差在10%以內(nèi)，且表層土壤含水量的模擬精度最高，模擬精度隨深度的增加而降低，但兩種數(shù)據(jù)的剖面含水量變化情況描述均與實測不符，造成誤差的原因可能與同化系統(tǒng)的模式凍融參數(shù)化方案不準確以及凍結期水分遷移等因素有關。