气候变化对东北冻土及水文过程的影响

• 作 者: 刘秀
• 出 处: 湖南科技大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 气候变化 冻土 蒸散量 径流量 水文模型

在全球变暖的背景下,我国东北地区的冻土环境发生了显著变化,出现了地温升高、活动层加深、多年冻土面积减少和南界北移等想象,冻土的变化对寒区水文过程也产生了相应的影响。与此同时,冻土通过土壤状态以及水循环反过来影响着地~气交换、生态水文过程、寒区工程建设和人类活动。因此,研究气候变化下多年冻土冻土变化及其水文响应显得尤为重要。本文在东北地区1960~2012年气象数据的支撑下,构建了东北气候变化大背景;再运用ArcGIS空间分析及栅格计算器、模型构建器等工具结合冻结数模型对东北地区冻土进行分布模拟,并对其进行时空变化分析,同时运用气温数据和冻融指数计算公式,分析了冻融指数的变化特征;采用耦合了冻土模块的分布式水文模型SHAWDHM对东北两个小流域的径流、蒸散量以及冻融过程进行了模拟,探讨了多年冻土变化与径流之间的联系,同时还详细分析了土壤的冻融过程;最后引用纳什比率系数结合水文站实测径流数据对模型进行了精度评价。研究结果表明:1960~2012年东北地区升温趋势非常明显,气温上升率为0.36℃/10a,明显高于全国平均升温速率(0.22℃/10a),且冬季升温率最高,空间上以小兴安岭地区升温幅度为最大;降水量53年间在波动中呈微弱增加趋势,季节差异比较明显,春、冬两季增多,夏、秋两季减少,20世纪80、90年代为降水贡献最多的年代,空间上除大兴安岭北部呈现少量增多趋势,其他地区降水量均无明显变化;实际蒸散量呈现明显增加趋势,春、夏两季增加幅度较大,秋季增加幅度次之,冬季呈现减小趋势,空间上大兴安岭北部、小兴安岭等林区与三江平原地区为增加幅度最大地区;在此气候变化背景下,东北地区多年冻土在1960~2012年间经历了减少-增多-又减少的变化,截至2012年,多年冻土面积减少至0.36×10~6km~2,退化速率约为3%/10a;根据NSE纳什比率系数精度评定结果显示SHAWDHM模型模拟精度在0.6以上,结果可靠;模型模拟结果显示塔河与红花尔基流域1960~2012年最大融化深度呈现上升趋势,且融化结束时间多年来有所推后与减缓,处于更南方的红花尔基流域冻土退化更为显著和严重。