多年冻土是冰冻圈的重要组成部分，对气候变化极为敏感，其变化也深刻影响着全球气候系统。准确模拟冻土区域土壤的水热过程对于理解能量与水交换、预测冻土变化及其碳循环至关重要。然而，表面有机层（例如：苔藓、地衣和枯枝落叶层）的隔热特性显著调节着北极多年冻土区地表与大气之间的能量交换。默认的CLM5.0模型中并未明确考虑表面有机层，这可能会导致模拟的土壤温度和活动层厚度出现偏差。近期，我站科研人员在北极多个站点的模拟中引入了表面有机层参数化方案，并分析了改进前后模型的性能表现，为改进寒区陆面模型模拟精度提供了关键依据。

本研究基于等效热阻和热容原理，在CLM5.0陆面模型中开发了一种简化的表面有机层参数化方案，旨在刻画表面有机层对北极多年冻土区土壤热状况的调节作用。为评估该方案的性能，研究选取了9个北极多年冻土站点，并利用其中4个站点的土壤温度观测数据以及5个站点的活动层厚度观测数据，对模型模拟结果进行了系统验证。与控制实验（CTL）相比，模型纳入表面有机层后（EXP），土壤温度的模拟误差相对于观测值平均减少了约24%，活动层厚度的模拟误差则减少了47.6%至81.3%。1995-2014年的历史模拟结果表明，各站点之间的土壤热响应表现出显著的空间差异性。这种差异很可能反映了局地环境条件的不同，例如地表覆盖、土壤质地、积雪条件以及气候背景等。2015-2100年的未来模拟预测显示，在三种排放情景下，各站点土壤将普遍变暖，活动层厚度也将增加。纳入表面有机层后，通常会减缓活动层的增厚，或推迟其显著增厚的时间，从而在一定程度上对活动层变化起到缓冲作用。然而，这种缓冲效应的程度和持续时间并不一致，而是因站点和排放情景的不同而存在明显差异。该方案为在CLM5.0中表征表面有机层的热效应提供了一个简化的站点尺度框架，能够在不显著增加模型复杂度的前提下改善冻土热过程模拟。由于目前仍缺乏覆盖整个北极地区的表面有机层厚度空间分布数据，该方案在区域尺度上的推广应用仍受到限制。

图1 研究站点分布

图2 CTL和EXP实验中不同深度的模拟土壤温度与观测土壤温度的对比。观测值：OBS;改进前模拟结果：CTL；改进后模拟结果：EXP

表1 四个站点CTL和EXP实验中模拟土壤温度的统计指标。

*绿色表示模拟性能提升，黄色表示模拟性能下降。

图3 CTL和EXP实验中模拟与观测活动层厚度的比较。各观测点的活动层厚度数据综合来自已发表研究的相关数据集以及文献。

该成果以“Improving soil temperature simulation accuracy in Arctic permafrost regions by incorporation surface organic layer in CLM5.0”为题发表于农林气象学领域一区TOP期刊《Agricultural and Forest Meteorology》。我站博士研究生刘永祥为论文第一作者，吴晓东研究员为论文通讯作者。

该研究获国家自然科学基金(42430412, 42322608)、国家重点研发计划(2025YFE0219100)和中国科学院冰冻圈科学与冻土工程全国重点实验室项目（No. CSFSE-ZQ-2407）等联合资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2026.111476

图文：刘永祥，吴晓东  审核：吴通华