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、预测冻土变化及其环境影响至关重要。然而，由于冻融化过程中未冻水含量的参数化存在挑战，当前陆地表面模型在模拟高纬度和高海拔冻土区时，普遍存在土壤温度“冷偏差”和土壤湿度“湿偏差”。近期，我站科研人员在北极和青藏高原典型站点的模拟中，识别了具有区域适用性的最优参数化方案，并揭示了其物理机制，为改进寒区陆面模型模拟精度提供了关键依据。

研究利用通用陆面模式CLM5.0，选取了位于北极和青藏高原的六个典型冻土监测站点，系统测试了由三种不同土壤水特征曲线（SWCCs）和四种土壤基质势方案组合衍生出的11种冰点降低方程。研究发现，不同方案的最优表现具有明显的区域依赖性。对于土壤温度模拟，在北极地区，结合了“有效孔隙度”和“低温吸力”的Campbell曲线方案（TEST3）能显著降低均方根误差（RMSE）0.51-0.52°C（7.1-8.3%）；而在青藏高原，采用“低温吸力”的Brooks & Corey曲线方案（TEST10）表现最佳，可降低RMSE 0.04-0.06°C。对于土壤湿度模拟，在北极地区，采用Van Genuchten曲线结合“有效孔隙度”的方案（TEST5）能将RMSE降低高达0.018 m³/m³（13.2%）；在青藏高原，TEST4或TEST5方案表现最优。

研究进一步分析了不同参数化方案影响模拟结果的物理机制。发现明确参数化了“残余含水量是”Brooks & Corey和Van Genuchten土壤水特征曲线优于CLM5.0默认的Campbell曲线的根本原因。在土壤深度冻结阶段，大部分液态水结冰，未冻水主要由吸附在土壤颗粒表面的强结合水构成，其含量趋于稳定。“残余含水量”参数使得前两种曲线能够更准确地描述这一动态过程，从而将默认方案在冻结期对土壤湿度的高估偏差修正了高达53%。

图1 研究站点分布

图2 北极站点土壤水分模拟结果。观测值：obs；模拟结果：Campbell曲线（ctl、Test1-3）、VG曲线（Test4-7）、BC曲线（Test8-11）。

图3 青藏高原站点土壤水分模拟结果。观测值：obs；模拟结果：Campbell曲线（ctl、Test1-3）、VG曲线（Test4-7）、BC曲线（Test8-11）。

图4 TGL 站点 10 厘米深度处不同 SWCC 的水力参数差异：（a）土壤水分；（b）土壤导水率；（c）土壤基质势

该成果以“Evaluating the impact of different freezing-point depression equations on permafrost hydrothermal processes in the Arctic and Qinghai-Tibet Plateau with CLM5.0”为题发表于农林气象学领域一区TOP期刊《Agricultural and Forest Meteorology》。我站博士研究生王申宁为论文第一作者，李韧研究员为论文通讯作者。

该研究获科技部重点研发计划(2020YFA0608502)、国家自然科学基金(42471168, W2412013)、中国科学院“西部之光”基金（xbzg-zdsys-202304）、甘肃省自然科学基金项目(24JRRA101)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-TZ-2402）等联合资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2026.111034

图文：王申宁  审核：吴通华