季节性冻土区占据我国超过一半的国土面积，区内含有丰富的森林、耕地以及矿藏资源，对于人类的生存环境及生产活动具有重要意义。同时，我国季节性冻土区多属于水资源相对短缺的干旱半干旱区域，区内降雨稀少、蒸发强烈，土壤干燥缺水，导致植被稀疏、生长缓慢，土地荒漠化突出，是我国生态建设的重点区和“硬骨头”。受季节性冻融循环作用影响，包气带中水、汽、冰三相迁移转化过程和机理相对复杂，关于水汽热耦合传输机制、模型构建及计算模拟技术等方面的研究相对薄弱，限制了人们对于包气带水循环机理以及许多环境与工程问题的理解。本文以毛乌素沙地季节性冻土区为研究对象，聚焦包气带水汽热耦合传输机制，在原位监测及室内外试验的基础上，研发了适用于冻融条件下包气带水汽热耦合运移程序，通过数值模拟手段定量探究冻融期及非冻融期土壤水、汽运移过程。结果表明，在土壤未冻结情况下，等温液态水通量是总水分通量的最重要组成部分，而非等温气态水与液态水则分别对土壤表层及内部的水分运移过程影响较大，其中浅层土壤中非等温气态水通量在总水分通量中的占比会超过20%，并且随降雨量的减少而增大，证实气态水对于土壤水分运移过程存在不可忽视的影响。当土壤冻结后，在基质势梯度及温度梯度的驱动下，土壤水分向冻结锋处迁移，引起深部土层含水量减小；在冻层内部，由于冰的存在液态水流动受到抑制，其通量比之前减小了1~5个数量级，此时等温气态水通量数值相对较大，非等温气态水主导冻层内水分运移过程。综合来看，采用水汽热耦合模型开展研究不仅更契合季节性冻土区实际情况，同时有利于揭示沙地土壤水循环机理。在厘清裸地水分运移基础上，通过对沙地“土壤-植被-大气”系统开展生长季（非冻融期）与冻融期全过程系统监测，从植被耗水、温度、土壤水分及其相变等多角度加以分析与刻画，探究植被对土壤干旱、冻结胁迫适应过程和响应机制，阐明植被影响下包气带水、汽循环机理及沙地土壤水资源生态效应，不仅可揭示季节性冻土区生态-水文耦合系统水循环动力学机制，同时也可从水资源利用与生态文明建设之间平衡的实际需求出发，为毛乌素沙地乃至广大的生态脆弱区植被恢复和生态系统管理提供科学依据。
 

冻融作用,包气带水汽热耦合运移,植被耗水,数值模拟,干旱半干旱地区