張明禮， 王 斌， 王得楷， 葉偉林， 郭宗云， 高 檣， 岳國棟

（1.公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)、材料及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心（甘肅路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司），甘肅蘭州730030；2.蘭州理工大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅蘭州730050；3.中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，甘肅蘭州730000；4.甘肅省科學(xué)院地質(zhì)自然災(zāi)害防治研究所，甘肅蘭州730000）

0 引言

太陽輻射是生態(tài)系統(tǒng)中動、植物生命活動的根本能源，是驅(qū)動天氣、氣候形成和演變的基本動力［1］。青藏高原因其特殊的動力和熱力作用，其多年凍土典型下墊面對氣候變化極其敏感［2］。地表輻射分量特征、反照率變化和能量平衡是全球氣候變化研究中重點(diǎn)關(guān)注的方面，對整個(gè)高原區(qū)域氣候環(huán)境產(chǎn)生顯著影響［3］，分析多年凍土區(qū)地表輻射特征及其對氣象因素的響應(yīng)對青藏高原寒區(qū)工程建設(shè)和凍土生態(tài)環(huán)境保護(hù)有積極作用。

目前，典型下墊面的地表輻射特征分析已成為全球氣候變化研究的焦點(diǎn)［4-5］。學(xué)者們在高原典型地區(qū)建立氣象站獲取了大量高精度氣象資料，研究青藏高原多年凍土區(qū)的地表輻射特征和能量平衡過程［6-7］。周萬福等［8］分析了高原地區(qū)兩種不同下墊面輻射平衡及各分量的季節(jié)變化、日變化和年變化特征；蔣熹等［9］分析了多年凍土區(qū)地表各類輻射以及反照率的季節(jié)變化和日變化規(guī)律；次仁尼瑪?shù)龋?］分析了地表輻射平衡月季變化特征和云對太陽總輻射的影響；馬金玉［10］等研究了近50年全國太陽輻射的年際、季節(jié)的長期變化特征；張中瓊等［11-12］分析了瀝青路面和天然地表等不同地面類型在輻射特征方面的差異。此前在高原地區(qū)開展的地表輻射收支和能量平衡研究主要針對不同下墊面類型、季節(jié)或特殊時(shí)段，并沒有很好地揭示高原寒區(qū)陸面輻射收支和能量平衡的氣象影響規(guī)律，影響了對高原陸面過程地-氣系統(tǒng)的深入了解。地表反照率表征地球表面對太陽輻射的反射能力，決定著地表與大氣之間輻射能量的分配過程，也是影響地球氣候系統(tǒng)的關(guān)鍵變量［13］，姚濟(jì)敏等［14］對比分析了多年凍土區(qū)與季節(jié)性凍土區(qū)地表反照率的差異；楊成等［15］分析了多年凍土區(qū)單點(diǎn)地表反照率的季節(jié)變化、日變化和區(qū)域地表反照率夏、冬季節(jié)的空間分布；張樂樂［16］等討論了高原唐古拉地區(qū)暖季土壤水分對地表反照率及其土壤熱參數(shù)的影響。這些研究主要集中在凍土類型、季節(jié)變化特征、土壤含水量等因素影響下地表反照率的變化特征。已有研究均不能反映氣象因素實(shí)時(shí)變化尤其是降雨變化對多年凍土區(qū)地表輻射及反照率變化特征的影響。近年來，高原氣候趨向暖濕化［17-18］，青藏高原多年凍土區(qū)大部分地區(qū)降水變化趨勢在波動中上升［19］，文獻(xiàn)［20］表明，降雨通過改變地表輻射影響凍土溫度和活動層厚度。開展降雨作用下多年凍土區(qū)地表輻射變化研究，對分析暖濕化背景下凍土環(huán)境變化和修正寒區(qū)熱工計(jì)算的邊界條件等具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實(shí)意義。

以青藏高原北麓河氣象站地表稀疏植被多年凍土天然場地2003—2014年的基本氣象資料為基礎(chǔ)，分析了多年凍土地區(qū)降雨影響下輻射分量、凈輻射以及地表反照率的日間變化、年際長期變化特征，為暖濕化氣候背景下多年凍土區(qū)地表輻射研究及熱工計(jì)算中熱邊界的確定提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 試驗(yàn)場地概況與監(jiān)測內(nèi)容

試驗(yàn)區(qū)北麓河氣象站位于青藏高原可可西里與風(fēng)火山之間、北麓河盆地南部，屬沖、洪積高平原地貌。試驗(yàn)場地地勢開闊，地面高程4 620 m，年平均氣溫為-3.8℃，年平均降雨量290.9 mm，年平均蒸發(fā)量1 316.9 mm［21］。試驗(yàn)場地多年凍土上限為2.5～3.0 m，天然地表下0～1.0 m為砂黏土，1.0～2.5 m為亞黏土，上限以下存在0.5 m厚含土冰層，含土冰層以下以全風(fēng)化棕紅色泥巖為主。天然場地和氣象站觀測場地平坦開闊，地表由稀疏短草覆蓋，下墊面水平均勻，監(jiān)測點(diǎn)植被覆蓋率10%～20%（圖1）。

圖1 觀測場地概況Fig.1 General situation of observation site

氣象站觀測數(shù)據(jù)包括空氣溫度、降水量、地表輻射四分量（大氣短波輻射、地面反射短波輻射、大氣長波輻射、地面長波輻射值）；土壤淺層熱通量（HFP01熱流板，地表下5、15 cm）及溫度（STP01土壤溫度，地表下2、5、10、20、50 cm）；降水采用T200B雨量計(jì)采集。采用一臺CR10X數(shù)采儀采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集每0.5 h記錄一次。監(jiān)測時(shí)間區(qū)段為2003年9月27日—2014年1月5日。

1.2 試驗(yàn)場地降雨特征與數(shù)據(jù)處理

假設(shè)日平均氣溫小于0℃時(shí)的降水為降雪，由于較高的地溫使降雪短時(shí)間融化，監(jiān)測場地基本不存在長時(shí)間積雪覆蓋，降雪對北麓河地區(qū)影響較小［20］，2013年全年總降水量318 mm，其中降雪量10 mm，降雨量308 mm，年降雪量占總降水量3.1%，降水主要以降雨為主。圖2給出了監(jiān)測場地2013年0.5 h降水變化和年降水累積狀況以及地表以上2 m處氣溫變化圖，受夏季東南季風(fēng)的影響，大部分的降雨和所有的較大降雨事件發(fā)生在6—9月。根據(jù)國家氣象局頒布的降水強(qiáng)度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，把天氣狀況按照12 h累積降雨量分為四類：大雨（15～29.9 mm）、中雨（5～14.9 mm）、小雨（＜5 mm）、晴天，表1給出了2013年7月北麓河地區(qū)降雨頻次統(tǒng)計(jì)表，其中7月份降雨54次，日平均降雨次數(shù)1.8次，降雨量小于5 mm的為47次，且降雨持時(shí)普遍較短。可見，降雨頻率高、單次降雨量少是北麓河地區(qū)降雨的主要特點(diǎn)。

表1 2013年7月北麓河地區(qū)降雨頻次統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of rainfall frequency in Beiluhe area in July 2013

圖2 2013年降水與氣溫變化Fig.2 Precipitation and temperature change in 2013

地表凈輻射Rn為地表吸收的太陽總輻射和大氣逆輻射與地表輻射之差，即可由實(shí)測輻射四分量求得［22］：

式中：Rsd、Rsu、Rld、Rlu分別為太陽短波輻射、地面反射短波輻射、太陽長波輻射、地面長波輻射值。

地表反射率為地面反射輻射量與入射輻射量之比［23］，可以表示為：

式中：RS↓和RS↑分別為總輻射和反射輻射。

2 結(jié)果與分析

2.1 降雨對輻射四分量的影響

圖3 （a）～3（d）給出了2013年7月12日—2013年7月19日青藏高原北麓河地區(qū)地表輻射四分量隨降雨變化的關(guān)系。可以看出，太陽短波輻射、地面反射短波輻射、地面長波輻射短期內(nèi)日間變化特征均呈現(xiàn)倒“V”字型波動，而太陽長波輻射則呈現(xiàn)不規(guī)則波動特征。在此階段，共有5次明顯的持續(xù)降雨活動，7月12日16時(shí)30分—7月13日9時(shí)累積降雨6.7 mm（北京時(shí)間，下同），降雨后太陽短波輻射日峰值較降雨前減小了101.5 W·m-2，地面反射短波輻射減小104.1 W·m-2，地面長波輻射減小45.6 W·m-2，太陽長波輻射增大29.9 W·m-2；這是因?yàn)殛幱晏煊性频那闆r下，到達(dá)地表的太陽輻射通量主要取決于太陽天頂角和云的光學(xué)厚度（后者是云水含量和粒子尺度分布的函數(shù)），太陽短波輻射受云的遮擋被嚴(yán)重削弱，太陽長波輻射卻隨天空云量的增多而增強(qiáng)，但增幅不大，體現(xiàn)了云在地氣系統(tǒng)中的保溫作用；地表反射輻射取決于太陽高度角、地表覆蓋類型、土壤含水量等決定反照率的因素，陰雨天，土壤含水量增加，且地表接收的太陽短波輻射能量減少，地表輻射長波的能力減弱，導(dǎo)致地表反射輻射通量均減少；7月13日17時(shí)—14日11時(shí)降雨7.3 mm，7月15日18時(shí)—16日3時(shí)降雨16.8 mm，降雨前后地表輻射四分量平均值的日峰值變化呈現(xiàn)出與前一次強(qiáng)降雨相同的規(guī)律，即太陽短波輻射、地面反射短波輻射、地面長波輻射日峰值減小，太陽長波輻射值增大，且變化值較大；7月16日15時(shí)30分—17日1時(shí)30分降雨2.5 mm，太陽短波輻射、地面反射短波輻射、地面長波輻射日峰值有所回升，但仍然低于晴天的輻射日峰值，太陽長波輻射值基本維持在330 W·m-2，說明較小降雨量對輻射四分量的影響較??；17日17時(shí)—18日2時(shí)累積降雨4.5 mm，太陽短波輻射日峰值較降雨前減小了31.2 W·m-2，地面反射短波輻射增大12.5 W·m-2，但仍然低于晴天反射短波輻射日峰值，地面長波輻射減小9.5 W·m-2，太陽長波輻射減小16.5 W·m-2，但仍然高于晴天太陽長波輻射日峰值，此次少量、短期降雨作用下輻射四分量日峰值變化仍然較小?？梢?，降雨影響輻射四分量，影響程度與降雨強(qiáng)度有關(guān)，短期、少量降雨對輻射影響較小，而連續(xù)、較強(qiáng)降雨對輻射分量的影響較明顯；降雨作用會降低太陽短波輻射、地面反射短波輻射和地面長波輻射，而降雨對太陽長波輻射的影響規(guī)律則相反，降雨作用后，太陽長波輻射較大，而在晴朗天氣里較小。此外，輻射分量日峰值出現(xiàn)的時(shí)間相對于降雨時(shí)間有滯后現(xiàn)象，這是因?yàn)楸甭春拥貐^(qū)降雨多發(fā)生于夜間，而夜間太陽輻射通量為0，日出后各輻射分量達(dá)到峰值有一個(gè)相對滯后的過程；地表輻射通量與地表溫度和含水量密切相關(guān)，而降雨入滲和地表吸收輻射增溫也相對滯后，這導(dǎo)致輻射分量與降雨量變化不同步。

圖3 降雨與輻射四分量的日變化關(guān)系Fig.3 Diurnal variation of rainfall and radiation components

為了進(jìn)一步分析降雨量對地表輻射特征的影響，分別計(jì)算受四類天氣影響時(shí)各輻射分量的日積分值（表2），從表中可以看出，四類天氣狀況下的輻射分量具有明顯的日變化特征。從各輻射分量的日積分值來看，受降雨影響，短波輻射被嚴(yán)重削弱，地面長波輻射削弱程度較淺，而太陽長波輻射增強(qiáng)。與晴天相比，小雨（7月14日晚）作用后，太陽短波、地面短波、地面長波輻射日積分量分別減少24.6%、37.9%、4.2%，太陽長波增加了4.3%；中雨（7月12日晚）作用后，太陽短波、地面短波、地面長波輻射日積分量分別減少32.2%、43.4%、1.7%，太陽長波增加了11.6%；大雨（7月15日晚）作用后，太陽短波、地面短波、地面長波輻射日積分量分別減少56.3%、65.5%、4.4%，太陽長波增加了10.7%，這也說明降雨對輻射分量的影響程度與降雨強(qiáng)度相關(guān)。為進(jìn)一步明確降雨對多年凍土區(qū)地表輻射的長期效應(yīng)，圖4給出了2008—2013年地表輻射四分量隨降雨年際變化關(guān)系?？梢钥闯觯柖滩ㄝ椛?、地面反射短波輻射、地面長波輻射隨降水量增加呈減小趨勢，而大氣長波輻射隨降雨量變化呈現(xiàn)出不規(guī)則變化規(guī)律，其主要原因是大氣長波輻射受氣候系統(tǒng)周期活動和天空云量影響較大。降雨與輻射四分量之間的年際變化關(guān)系中，有個(gè)別年份降雨與輻射四分量之間的變化規(guī)律出現(xiàn)了反常情況，如：2012年，年降水量較上一年降低了58 mm，而太陽短波輻射減少了1 W·m-2，地面長波輻射與上一年持平，但是從圖4（a）、4（d）可以看出，太陽短波輻射和地面長波輻射卻有隨年降水量減少而增加的趨勢，并且在下一年降水量持續(xù)降低的情況下太陽短波輻射和地面長波在不斷增加。這種反常現(xiàn)象的主要原因是2011年年降水量相對2010年增幅較大，達(dá)141 mm，而陰雨天隨著天空云量的增多，地表接收的太陽短波輻射能量減少，地表輻射長波的能力減弱。由于2011年降水量增幅較大，導(dǎo)致降雨對太陽短波輻射和地面長波輻射的削弱作用持續(xù)時(shí)間較長，因此出現(xiàn)了2012年的年降水量較上一年降低，而太陽短波輻射減少、地面長波輻射與上一年持平的反?，F(xiàn)象。

圖4 降水與輻射四分量之間的年際變化關(guān)系Fig.4 Annual variation of rainfall and radiation components

表2 輻射分量的日積分值（單位：MJ·m-2·d-1）Table 2 Daily integral values of each radiation components（unit：MJ·m-2·d-1）

2.2 降雨對地表凈輻射的影響

圖5 給出7月12日—16日地表凈輻射隨降雨變化關(guān)系。可以看出，凈輻射短期內(nèi)日變化特征呈現(xiàn)出“早晚低，中午高”的變化趨勢，主要是由于早晚太陽高度角較小，到達(dá)地面的太陽總輻射值較小，導(dǎo)致地面吸收的凈輻射很少，中午則相反。在此階段，共有2次明顯的持續(xù)降雨活動，表3給出了此時(shí)間段內(nèi)兩次降雨活動前后的地表凈輻射日峰值對比結(jié)果，7月12日16時(shí)30分—7月13日9時(shí)累積降雨6.7 mm，降雨后地表凈輻射日峰值較降雨前增大47.3 W·m-2；7月14日2時(shí)—14日11時(shí)降雨6.6 mm，降雨后地表凈輻射日峰值較降雨前增大33.8 W·m-2；隨后天氣轉(zhuǎn)晴，地表凈輻射平均值有所回落。從表2中不同天氣狀況下地表凈輻射日積分量也可以看出，降雨對地表凈輻射有增強(qiáng)作用。與晴天相比，小雨、中雨、大雨?duì)顩r下凈輻射日積分量分別增大12.6%、12.5%、25.2%。這里小雨天氣導(dǎo)致的凈輻射日積分量增大值大于中雨天氣狀況下凈輻射日積分量增大值，其主要原因是選取的中雨天氣狀況為2013年7月12日晚—7月13日早上，小雨天氣選取為2013年7月14日，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示13日一整天伴隨有零星小雨發(fā)生，因此，12日的中雨和13日的零星小雨持續(xù)作用導(dǎo)致14日小雨發(fā)生后對凈輻射的增強(qiáng)作用明顯增大；并且12日中雨發(fā)生時(shí)的累積降雨量為6.7 mm，這與小雨和中雨降雨量的臨界值5 mm相差不大，那么此次中雨對凈輻射的增強(qiáng)作用也不大，此雙重作用導(dǎo)致小雨天氣下的凈輻射日積分量增大值大于中雨?duì)顩r下凈輻射日積分量增大值。而大雨作用下的日積分量增大值遠(yuǎn)大于小雨和中雨?duì)顩r?？梢?，短時(shí)間范圍內(nèi)連續(xù)降雨對凈輻射影響較明顯，降雨會增大地表凈輻射平均值，其影響程度與降雨強(qiáng)度呈正相關(guān)。但2009—2013年該地區(qū)地表凈輻射值波動較小，在長期時(shí)間范圍內(nèi)凈輻射年平均值并未隨年降水量變化而發(fā)生明顯變化（圖6）。主要原因是監(jiān)測地區(qū)多為高頻、少量型降雨，且降雨持續(xù)時(shí)間較短，因此在長期時(shí)間尺度上對地表凈輻射的影響較小。

圖5 降雨-地表凈輻射日間變化Fig.5 Diurnal variation of rainfall and net radiation

表3 降雨前后凈輻射日峰值對比Table 3 Daily peak value of net radiation before and after rainfall

圖6 降水-凈輻射的年際變化Fig.6 Annual variation of rainfall and net radiation

2.3 降雨引起的地表反照率變化特征

地表反照率代表了地表對太陽輻射的反射能力，它是溫度場數(shù)值模擬和地面能量平衡方程中的一個(gè)重要參數(shù)。準(zhǔn)確地測定地表反照率是地表輻射平衡和氣候研究中的一項(xiàng)重要工作。圖7給出2013年7月12日—15日反照率隨降雨變化的關(guān)系?？梢钥闯?，降雨影響下的地表反照率變化特征仍然呈現(xiàn)出一般的“U”型分布規(guī)律，但是形狀不規(guī)則。7月12日16時(shí)30分—13日9時(shí)降雨6.7 mm，隨著雨水下滲，淺層土壤含水量增大，13日下午時(shí)段反照率較晴日明顯偏低，主要原因是土壤含水量增加，大大削弱了太陽高度角對反照率的增大作用（圖8）；但隨著13日白天天氣轉(zhuǎn)晴，入射輻射增多，地表溫度回升，土壤體積含水量逐步減小，14日上午反照率迅速恢復(fù)；7月14日白天小型降雨作用下，導(dǎo)致14日下午地表反照率低于正常值，但變化范圍較??；從圖中可以看出，多年凍土區(qū)降雨活動會對地表反照率的“U”型分布產(chǎn)生影響，降雨期間反照率變化不大，降雨后地表反照率減小，并且高強(qiáng)度降雨對反照率變化特征的作用效果較明顯，而小型降雨對反照率的影響則較小。

圖7 降雨對地表反照率的影響Fig.7 Effects of rainfall on land surface albedo

圖8 含水量對地表反照率的影響Fig.8 Effects of water content on land surface albedo

Dickinson等［24］給出地表反照率與土壤含水量的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：

式中：α為地表實(shí)時(shí)反照率；αs為飽和土壤地表反照率；Δαg為由于土壤脫濕干燥引起的反照率增加；θl為土壤含水率。由于水的反射率非常小，并且包裹在土壤粒子外圍的水分增加了對太陽光的吸收路徑，所以土壤濕度越大反照率越小［24］，這也解釋了本文降雨后地表反照率減小的現(xiàn)象。

3 討論

在降雨作用下的凍土水熱穩(wěn)定分析中，會涉及到一個(gè)隨大氣條件而改變的水熱邊界條件確定的問題［25］。降雨引起凈輻射的變化必然改變地表能量分配，進(jìn)而影響降雨伴隨的蒸發(fā)、入滲過程。因此，確定凍土-大氣相互作用的邊界條件，考慮降雨過程對地表反照率的影響，對多年凍土水分和能量收支平衡至關(guān)重要。目前，多年凍土區(qū)熱工計(jì)算中溫度場邊界多采用第一類邊界條件，這需要對研究地區(qū)凍土溫度狀況進(jìn)行長期的監(jiān)測，并根據(jù)“附面層原理”［26］擬合數(shù)據(jù)得到經(jīng)驗(yàn)公式，進(jìn)而確定溫度場邊界條件。然而，隨著所處地區(qū)的不同，邊界處的溫度必然隨之改變，第一類邊界條件在實(shí)際工程中存在較大誤差。本文監(jiān)測結(jié)果表明：受降雨影響，地表輻射各分量被不同程度的削弱或增強(qiáng)；降雨作用通過增大地表土壤含水量減小地表反照率、增加地表凈輻射。凈輻射的改變必然影響地表溫度邊界，而決定凍土地區(qū)地表溫度的真實(shí)因素是地氣之間的能量交換。為了反映凍土與大氣之間的能量交換，需要將野外條件下降雨、蒸發(fā)、輻射變化引起的水分和熱通量邊界作為溫度場邊界條件。即以實(shí)測的地表微氣象數(shù)據(jù)計(jì)算地表的能量，以獲得地表熱通量，并以此地表熱通量作為數(shù)值模擬的溫度場第二類邊界條件（Neumann邊界條件）。通常用地表能量平衡方程表示地氣能量交換［27-28］：

式中：Rn為地表凈輻射；Hs為感熱通量；LwE為潛熱通量；E為地表水分蒸發(fā)速率；G地表熱通量。通過計(jì)算Rn、Hs和LwE并將其代入式（5）即可獲得地表土壤熱通量邊界，進(jìn)一步得到數(shù)值模擬的溫度場邊界條件。

實(shí)質(zhì)上降雨通過改變地表能量分配和土壤水熱運(yùn)移過程影響多年凍土［29］。從地表能量平衡的角度分析，降雨作為能量冷脈沖作用于地表，使得地表熱通量整體減少［30-31］，對凍土有降溫效果，有利于凍土穩(wěn)定性。本文監(jiān)測結(jié)果表明，降雨后由于地表含水量較高，地表反照率降低，凈輻射增大，不利于凍土的熱穩(wěn)定；但降雨導(dǎo)致地表凈輻射增大的同時(shí)，增大地表蒸發(fā)量，減小地表熱通量（圖9），有利于凍土的熱穩(wěn)定。可見，降雨對多年凍土的熱效應(yīng)存在分歧。

圖9 降雨對土壤熱通量的影響Fig.9 Effects of rainfall on soil heat flux

因此，對于缺乏土壤熱通量監(jiān)測的實(shí)際熱工問題，要明確進(jìn)入土壤內(nèi)部的土壤熱通量究竟是增大還是減少，就必須結(jié)合式（5）確定。凈輻射除了受降雨的影響，還與云、季節(jié)變化、地表植被類型以及土壤濕度等因素有關(guān)，感熱通量主要受凈輻射的驅(qū)動，潛熱通量的變化除了受凈輻射的影響，還與下墊面土壤濕度密切相關(guān)［32］，仍需要結(jié)合地表能量平衡理論解決地表熱邊界問題，以及建立降雨入滲-蒸發(fā)和水汽運(yùn)移耦合理論模型解決土壤內(nèi)部能量定量傳輸問題。此外，由于監(jiān)測場地降雨多為高頻、少量降雨，降雨持時(shí)較短，年際降雨波動極大，導(dǎo)致監(jiān)測時(shí)段內(nèi)降雨對地表凈輻射長期時(shí)間尺度上的影響不明顯。而在青藏高原暖濕化背景下［17-18］，冰川積雪消融引起了凍土下墊層含水量增加以及年降水量總體呈現(xiàn)增大趨勢，勢必對長期時(shí)間尺度上的地表輻射產(chǎn)生影響。今后的研究將重點(diǎn)關(guān)注降雨季節(jié)變化、積雪消融和地表覆蓋等因素對凍土區(qū)地表輻射特征產(chǎn)生的影響，尋求反照率和含水率的內(nèi)在關(guān)系，確定地表反照率的計(jì)算方法；結(jié)合長期降水（雨、雪）變化與輻射的關(guān)系對凍土熱工計(jì)算模型中輸入的邊界條件進(jìn)行修正，為寒區(qū)工程建設(shè)提供依據(jù)和參考。

4 結(jié)論

以青藏高原多年凍土區(qū)北麓河氣象站2003—2014年地表輻射四分量、降雨資料和淺地表含水量、反照率、熱通量為基礎(chǔ)，分析了降雨作用下地表輻射特征變化，得出以下結(jié)論：

（1）受降雨影響，輻射分量具有明顯的日變化變化特征，小雨作用后，太陽短波、地面短波、地面長波輻射日積分量分別減少24.6%、37.9%、4.2%，太陽長波增加了4.3%；中雨作用后，太陽短波、地面短波、地面長波輻射日積分量分別減少32.2%、43.4%、1.7%，太陽長波增加了11.6%；大雨作用后，太陽短波、地面短波、地面長波輻射日積分量分別減少56.3%、65.5%、4.4%，太陽長波增加了10.7%，輻射分量日峰值的出現(xiàn)時(shí)間滯后于降雨時(shí)間，降雨對輻射分量的影響程度與降雨強(qiáng)度呈正相關(guān)；降雨影響下輻射各分量年際變化特征呈現(xiàn)出相同的規(guī)律。

（2）與晴天相比，降雨會增大地表凈輻射平均值，小雨、中雨、大雨?duì)顩r下凈輻射日積分量分別增大12.6%、12.5%、25.2%，其影響程度與降雨強(qiáng)度呈正相關(guān)，但是受降雨持時(shí)的影響會出現(xiàn)反?，F(xiàn)象；凈輻射對降雨變化的響應(yīng)有滯后效應(yīng)，短時(shí)間連續(xù)降雨對凈輻射影響較明顯，長期時(shí)間尺度上降雨對地表凈輻射的影響不明顯。

（3）降雨通過改變土壤含水量影響地表反照率，且影響程度與降雨強(qiáng)度呈正相關(guān)，降雨作用后地表反照率減小，呈現(xiàn)出不對稱的“U”形日變化特征，早晚大，中午?。坏乇矸凑章蕦涤曜兓捻憫?yīng)有滯后效應(yīng)。

（4）對于缺乏土壤熱通量監(jiān)測的實(shí)際熱工問題，特別是氣候暖濕化背景下的熱工計(jì)算，為反映凍土與大氣之間的物質(zhì)和能量交換，需要將降雨變化引起的水分和輻射熱通量邊界作為數(shù)值模擬的溫度場邊界條件。即以實(shí)測的地表微氣象數(shù)據(jù)獲得地表熱通量，并以此為數(shù)值模擬的溫度場第二類邊界條件。