摘要
全球范围内平均气温持续升高现象已经引起了全世界的广泛关注。相对于全球其它低海拔地区，有“第三极”之称的青藏高原地区对气候变暖的响应更加敏感。湖泊，由于其不同于陆地表面的独特特征，在当地和区域气候演变中扮演着特殊的角色。多数高纬度、高海拔、有结冰期的湖泊对气候变暖的敏感程度高于邻近的陆地。但是现有的区域气候模式对青藏高原湖泊的模拟，尤其是冻结期模拟还存在明显的偏差。湖冰反照率调控着冰面能量收支，对湖泊冻结期有重要影响，但目前很少有研究关注青藏高原湖冰反照率的特征及影响。由于缺乏观测数据等原因，青藏高原湖表水热交换和湖泊冻结期对气候变暖的响应很少被探索。本研究基于野外实地观测、MODIS卫星遥感产品和湖泊模式模拟，探讨了青藏高原六个典型湖泊（青海湖、鲸鱼湖、阿克赛钦湖、鄂陵湖、扎日南木错湖、纳木错湖）的冬季湖表反照率特征及其对冻结期和全年湖表水热交换的影响。评估了不同湖泊和气候模式中湖冰反照率参数化方案，以及湖冰反照率误差对湖泊模拟的影响。在此基础上，改进了湖泊模式中的湖冰反照率参数化方案，提高了模拟结果的准确性，尤其在冬季的改进效果最为明显。最后，本文利用改进后的FLake湖泊模式模拟，利用观测数据验证后的模拟结果分析了气候变暖对湖泊冻结期及全年湖表水热交换的影响。主要结论如下: (1)青藏高原海拔4000m以上典型湖泊冻结期中，开始冻结日期随纬度减小而推后（从鲸鱼湖到纳木错湖，由十一月中旬推后至次年一月中旬），冻结期天数缩短（由182天缩短至81天）;冻结期间，有雪覆盖的湖表反照率波动较大，主要集中在0.2-0.8;无雪覆盖的湖冰表面反照率维持在较为稳定的值，不同湖泊稳定在不同的中心值，主要范围是0.1到0.2。同时，冻结期湖表反照率具有较大的空间差异:青海湖东北部反照率高于西南部;鲸鱼湖东南部高于西北部;鄂陵湖中部高于四周;扎日南木错湖东北部高于西南部;纳木错湖东南部反照率高于西北部。研究区域内海拔超过4000m的湖泊中，纳木错湖和鄂陵湖冰面反照率相对较低。研究区域中海拔低于4000m（3260m）且纬度最高的青海湖冻结时长最短，月平均湖表反照率最低。 (2)纳木错湖冰反照率变化对湖表水热交换和湖表温度的影响在湖冰稳定冻结期间最大，融化期次之，冻结前再次之，夏季影响最小;而鄂陵湖冰反照率变化对湖表水热交换和湖表温度的影响在湖冰融化期及融化后两个月左右最大，稳定冻结期间次之，冻结前再次之，夏季影响最小。冰面反照率由0.1增加到0.4时:纳木错湖冰消融日期推迟43.0天;平均湖冰厚度增加0.10m(2012-2016年五个冰物候平均)，鄂陵湖冰消融推迟30.5天;湖冰厚度增加0.18m(2012-2016年四个冰物候平均)。相对于鄂陵湖，结冰期较短冰层较薄的纳木错湖对湖冰反照率变化更为敏感，尤其在湖泊冻结期中。当湖冰反照率接近实地观测和MODIS卫星观测结果时，模拟的湖表温度在湖泊冻结期中，尤其在湖冰融化期，与观测的湖表温度结果更加吻合。 (3)相对于实地观测的冰面反照率日变化特征，CLM4.5、FLake、WRF和WRF-FLake模式中的湖冰面反照率参数化方案模拟结果具有明显的正偏差，最大偏差出现在中午，误差范围达到0.26至0.66左右。相对于实地观测到的冰面反照率日变化特征（U形曲线），模式模拟出的反照率日变化特征与观测结果存在明显差异，呈V形，使得模拟的反照率低值区减少而高值区增多，整体更加高估。FLake模式中，将冰面反照率参数化方案改进后，湖冰反照率的日变化及月变化模拟结果同时相对最为准确。FLake模式湖冰反照率参数化方案改进后，结冰期以及融冰之后的一至两个月的鄂陵湖和纳木错湖感热通量和潜热通量模拟结果得到改善;纳木错湖全年的湖表温度模拟得到明显改善;鄂陵湖与纳木错湖湖冰物候（冻结日期、消融日期、湖冰厚度）模拟结果与实地观测数据十分吻合，明显改善。 (4)青藏高原未来气候变暖对湖泊冻结期前期、后期及融化后2到3个月的影响是显著的，其余时段，不同增温区，湖泊变化较为稳定、规律且幅度较小。随着气温升高，纳木错湖（鄂陵湖）感热通量除2月（12月）外，呈增加趋势;潜热通量从冻结期末期到融化后一段时间内（纳木错湖3月至6月，鄂陵湖4月至6月）出现降低趋势，其他月份呈上升趋势;湖表温度全年出现增加趋势，其中冬季增幅最大，夏季次之。当气温从0℃升高到3.50℃时:纳木错湖的冻结天数减少21天(2012-2016年五个冰物候平均)，鄂陵湖的冻结天数减少29天(2012-2016年四个冰物候平均);纳木错湖的湖冰最大厚度减小到0.2m，鄂陵湖的湖冰最大厚度减小0.2m;纳木错湖冻结日期延迟9天，融化日期提前12天;鄂陵湖冻结日期延迟15天，融化日期提前14天。相比于平均冻结天数133天、最大冰层厚度0.76m的鄂陵湖，平均冻结天数83天、最大冰层厚度0.3m的纳木错湖，对气候变暖的响应更加敏感。气温升高2.75℃以上时，纳木错湖的冰下混合层温度就会发生显著变化，开始受到气候变暖的影响;鄂陵湖未出现这一现象，混合层温度在湖冰冻结后不会受到气候变暖的影响。
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