青藏高原广泛分布的多年冻土，以其独特的下垫面水热交换特征影响着区域水文和水循环过程。土壤水分是剖析多年冻土区陆-气间能水交换过程的关键参数之一，也是影响多年冻土状态、气候变化响应及区域生态特征的重要因子。青藏高原季节冻土区的土壤水分验证研究已开展多年，但多年冻土区的土壤水分产品验证工作相对较少。因此，准确评估多年冻土区土壤水分产品精度，对探究青藏高原冰冻圈水文水循环过程具有重要意义。
中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室格尔木站基于该站和黑河遥感试验站提供的多年冻土区16个站点的长期观测数据（图1），首次开展了10套近地表及根系土壤水分产品的验证工作。研究表明，青藏高原多年冻土区近地表、根系土壤水分产品精度整体较低。ESA CCI、SMOS-IC及SMAP-L4近地表土壤水分产品表现较好；所有的近地表土壤水分产品均表现为湿偏差（图2、3）。SMAP-L4和GLDAS-Noah根系土壤水分产品精度优于ERA5-Land，但所有的根系土壤水分数据均无法准确捕捉活动层冻结/融化时期根系土壤水分快速上升/下降的特征（图4、5）。进一步分析近地表、根系土壤水分产品的影响因素发现，近地表土壤温度精度较低及射频干扰（RFI）是近地表土壤水分模拟不准确的重要原因。在冻结或融化时期，根系土壤水分产品无法准确模拟根系土壤水分动态变化特征的主要原因在于其使用的陆面模型对冻土相变过程考虑不足且缺乏对未冻水迁移过程的描述。与以往季节冻土区近地表土壤水分产品验证结果相比，本研究发现近地表土壤水分产品在青藏高原多年冻土区的精度有所下降（图6）。
相关研究成果以A first assessment of satellite and reanalysis estimates of surface and root-zone soil moisture over the permafrost region of Qinghai-Tibet Plateau为题，发表在Remote Sensing of Environment上。研究得到第二次青藏高原综合科学考察研究、国家自然科学基金委员会、比利时佛兰德研究基金会的支持。
图1.研究区站点分布情况（红色方框）及青藏高原已开展的土壤水分验证工作总结（多开展于季节冻土区，以紫色、绿色、深绿色、橙色及橄榄绿方框表示）
图2.2016年7月至2018年9月，近地表土壤水分产品验证指标中值及可用数据量。（a）-（d）分别代表相关系数、无偏均方根误差、偏差和斜率的中值，误差棒代表各验证指标在16个站点的标准差；（e）-（f）展示每个产品用于验证的最低和最高的数据量
图3.2016年7月至2018年9月，QT12和QT13站点的地面观测与近地表土壤水分产品时间序列，日降水量用灰色条形图表示
图4.2016年7月至2018年9月根系土壤水分产品验证指标中值及可用数据量。（a）-（d）分别代表相关系数、无偏均方根误差、偏差和斜率的中值，误差棒代表各验证指标在16个站点的标准差。（e）-（f）展示了每个产品用于验证的最低和最高的数据量
图5.2016年7月至2018年9月，QT12、QT13、QT14和QT15站点的地面观测与根系土壤水分产品时间序列，日降水量用灰色条形图表示
图6.本研究与以往季节冻土区近地表土壤水分产品验证精度对比总结（本研究验证指标用蓝色五角星表示）
中科院之声 2021-11-11 0