青藏高原东部富含大量的土壤有机质（SOM），导致高原土壤的持水能力增强而导热率降低。以往研究大多基于陆面过程模型从土壤热力性质的角度探讨SOM对土壤水热状态的影响，对于高原SOM如何影响陆气耦合系统却知之甚少。

为解决上述问题，清华大学地学系阳坤教授课题组借助区域气候模拟、陆面过程模拟和观测资料，从陆气相互作用和水热性质两个角度系统地探究了青藏高原SOM对于夏季陆气耦合的影响。研究将课题组前期基于青藏高原观测发展的描述SOM对土壤水热性质影响的参数化方案耦合进WRF模式中，并在此基础上设计了两组数值模拟试验：第一组试验（WRF-CTL）中没有考虑SOM，将其含量设为零；第二组试验（WRF-SOM）基于高分辨率的土壤数据考虑SOM。结果表明，考虑SOM影响后，一定程度上可以减小WRF模式对于青藏高原模拟的湿冷偏差（图1）。

图1 WRF-CTL和WRF-SOM试验模拟结果的偏差（相对于青藏高原东部站点观测值）：（a-b）2-m气温；（c-d）2-m相对湿度；（e-f）降水。图中横坐标表示偏差，纵坐标表示站点数，图中数字表示所有站点的平均偏差。上下图的差异表明，模式中考虑有机质影响后冷湿偏差减小

研究基于WRF耦合模拟试验进一步分析发现，由于高原SOM的存在，土壤水含量增加，但其增加量不及土壤孔隙度的增加量，所以反而降低了表层土壤湿度（土壤含水量与孔隙度之比），进而增加感热，减小蒸发，使得近地面大气变暖变干。与此同时，SOM还通过降低土壤热传导系数，使浅层土壤变暖而深层土壤变冷。换言之，青藏高原SOM对于近地面大气具有加热和干燥的作用，而对于深层土壤具有加湿和冷却的作用（图2）。以往研究普遍采用离线陆面模拟来研究SOM的影响，那么如果采用耦合模拟，结果是否会有所不同呢？通过对比WRF耦合模拟和陆面离线模拟的结果发现，在离线陆面过程模拟中（没有考虑大气反馈），高原SOM对深层土壤的冷却作用会被高估（图3）。

综上所述，将SOM过程纳入耦合气候模式不仅对大气能量和水循环的描述有所改善，研究还发现以往离线陆面模拟可能高估了SOM对土壤的冷却作用，这意味着其减缓多年冻土退化速率的作用在以往被高估。需要注意的是，以上研究结论并不适用于湿地。

图2 青藏高原SOM影响大气和土壤的示意图。青藏高原颜色图代表了表层土壤有机质质量含量的分布：颜色越红，SOM含量越高；颜色越蓝，SOM含量越低。高原SOM的存在会改变土壤性质和陆气反馈，进而加热和干燥近地面大气但加湿和冷却深层土壤

图3 青藏高原SOM导致的土壤温度差异的箱型图（蓝色：耦合模拟；黑色：离线模拟），并根据表层SOM质量含量分为四类。图中横坐标表示表层SOM质量含量的变化范围，纵坐标表示考虑和不考虑SOM试验之间土壤温度模拟值的差异（前者减去后者）。图a-d分别是表层、次表层、第三层和第四层土壤温度的差异。相比耦合模拟，由于离线模拟没有考虑大气反馈，所以高估了高原SOM对深层土壤的冷却作用

相关研究以“Land–Atmosphere Feedbacks Weaken the Cooling Effect of Soil Organic Matter Property toward Deep Soil on the Eastern Tibetan Plateau”为题发表于Journal of Hydrometeorology。清华大学地学系博士生孙静为论文第一作者，地学系阳坤教授为论文通讯作者，文章合作者还包括清华大学地学系卢麾副教授、中科院青藏所周旭特别研究助理、李新研究员和陈莹莹副研究员、南京大学郭维栋教授以及清华大学地学系Jonathon S. Wright副教授。研究得到了国家重点研发计划（2018YFA0605400）和国家自然科学基金委“青藏高原地球系统基础科学中心项目”（41988101）的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1175/JHM-D-22-0074.1

供稿：孙静 阳坤

编辑：王佳音

审核：张强