3.2.1　土壤表面輻射—熱量平衡

土壤覆蓋于地球表面，與大氣時刻進行著物質和能量的交換。季節性凍融期土壤的凍結與融化取決于太陽輻射熱量的變化和土壤對熱量的吸收利用狀況，即表層植被或覆蓋條件。當土壤溫度降低到凍結溫度以下時，土壤中的水分便開始凍結，形成凍土。土壤溫度與太陽輻射強度以及土壤接受太陽輻射能的能力和散熱能力的強弱密切相關。我們知道，決定地表面能量收支及氣溫和地溫變化的是輻射平衡，輻射—熱量平衡方程［1］一般可用下式表示：

輻射—熱量平衡的結構對凍土的形成和動態有決定作用。入冬以后，隨著太陽輻射的減弱，吸收輻射（Qi＋Qs）（1－α）小于地面長波有效輻射Qe，Qd出現負值，地面冷卻降溫。當土壤溫度低于土壤水的冰點時，土壤開始凍結并伴隨著潛熱的釋放和體積的膨脹，未凍水含量逐漸減小，含冰量逐漸增大。隨著土壤溫度梯度的增大，土壤逐漸向下凍結。1月中旬之后，太陽輻射開始增強，土壤含冰量隨著地溫的回升逐漸減少，土壤開始融化，當凍層全部融化時，土壤的融化過程結束。

地面溫度的變化，決定于本身熱量的收支差額。圖3.3為地面熱量收支示意圖。白天，地面吸收的太陽輻射超過地面有效輻射，Qd為正值。地面吸收太陽輻射產生的熱量傳給空氣（P）、下層土壤（A）以及水分蒸發（LE）。夜間，Qd為負值，地面冷卻降溫，溫度低于近地氣層和下土壤層，（P）和（A）熱量輸送方向與白天相反，同時水汽凝結也要放出熱量（LE）給地面。

圖3.3　地面熱量收支示意圖