3.2.1　土壤表面辐射—热量平衡

土壤覆盖于地球表面，与大气时刻进行着物质和能量的交换。季节性冻融期土壤的冻结与融化取决于太阳辐射热量的变化和土壤对热量的吸收利用状况，即表层植被或覆盖条件。当土壤温度降低到冻结温度以下时，土壤中的水分便开始冻结，形成冻土。土壤温度与太阳辐射强度以及土壤接受太阳辐射能的能力和散热能力的强弱密切相关。我们知道，决定地表面能量收支及气温和地温变化的是辐射平衡，辐射—热量平衡方程［1］一般可用下式表示：

辐射—热量平衡的结构对冻土的形成和动态有决定作用。入冬以后，随着太阳辐射的减弱，吸收辐射（Qi＋Qs）（1－α）小于地面长波有效辐射Qe，Qd出现负值，地面冷却降温。当土壤温度低于土壤水的冰点时，土壤开始冻结并伴随着潜热的释放和体积的膨胀，未冻水含量逐渐减小，含冰量逐渐增大。随着土壤温度梯度的增大，土壤逐渐向下冻结。1月中旬之后，太阳辐射开始增强，土壤含冰量随着地温的回升逐渐减少，土壤开始融化，当冻层全部融化时，土壤的融化过程结束。

地面温度的变化，决定于本身热量的收支差额。图3.3为地面热量收支示意图。白天，地面吸收的太阳辐射超过地面有效辐射，Qd为正值。地面吸收太阳辐射产生的热量传给空气（P）、下层土壤（A）以及水分蒸发（LE）。夜间，Qd为负值，地面冷却降温，温度低于近地气层和下土壤层，（P）和（A）热量输送方向与白天相反，同时水汽凝结也要放出热量（LE）给地面。

图3.3　地面热量收支示意图