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多年冻土活动层对多年冻土区地表能量平衡、植物生长和生态系统、水文循环、工程建设和地气间二氧化碳交换都有着重要影响。土壤的冻结和融化取决于太阳辐射热量的周期性变化,热量平衡本身取决于很多自然因素。决定季节冻结和融化的因素可以分为:外部因素(如辐射通量、气温、降水以及蒸发等);内部因素(如土壤性质及含水量等);表征岩层同大气之间热交换条件的因素(如积雪和植被覆盖、水体等)。在全球气候变化的背景下,青藏高原多年冻土活动层近几十年来已经发生了显著的变化,而且活动层的变化已经对高原生态和环境、水文水资源和工程建筑产生了重要影响。因此,有必要对季节冻结和融化的影响因素进行进一步的研究,了解青藏高原多年冻土区活动层厚度分布现状,并对未来气候变化情景下活动层厚度变化进行预估。
本文利用大量的观测资料分析了近年来青藏高原多年冻土及活动层的变化,结合青藏高原地区的气象观测资料和钻孔资料分别应用斯蒂芬方法、库德里雅采夫方法和数值计算方法对青藏高原多年冻土活动层厚度进行计算,对气候变化情景下未来50年、100年青藏高原多年冻土活动层变化情况进行预估,并对未来50年青藏高原地下冰的融化进行计算。文章主要结论如下:
1.通过对青藏高原及其附近地区气象观测台站1961~2000年间气候资料分析发现40年间虽然青藏高原地区气温在不同区域变化幅度存在一定的差异,但大都呈现逐步升高趋势,而且多年冻土区的台站升温更为明显。气温在暖季(5~10月)和冷季(11~4月)都有所升高,冷季升温幅度要大于暖季升温幅度,造成年平均温度较差有所减小。40年来整个高原地区平均降水量呈现略微增加的趋势,降水量的变化呈现明显的南北差异,在32°N以北地区降水量并没有明显变化,许多地区甚至有所减小,而在高原南部地区降水量的增加比较明显。温度上升,特别是冷季温度上升明显,温度较差减小以及降水量的变化,都会对青藏高原多年冻土活动层产生影响。
2.对实测地表温度资料进行回归,结合数字高程模型,依据TTOP结果对高原冻土区进行分区。并在分区基础上,应用斯蒂芬方法、库德里雅采夫方法和数值计算方法分别对青藏高原多年冻土区的活动层厚度进行计算。虽然各种方法计算的活动层厚度并不相同,但活动层厚度平面分布的大概变化趋势是相似的,都是以羌塘高原为中心向高原四周逐渐增大,这也符合青藏高原地区活动层厚度分布规律。通过与实际观测数据相比较,计算结果能够较好的反映青臧高原冻土区的活动层深度分布和活动层的空间变化规律。
3.选取库德里雅采夫方法对未来50年、100年气候变化情景下青藏高原多年冻土区活动层厚度可能的变化情况进行计算。结果显示到2050年,在A1FI升温情景下活动层厚度比2000年时增加0.3~0.7m,在B2升温情景下增加0.2~0.5m,而且50年后青藏高原多年冻土将发生部分退化,主要集中在高原周边的高山多年冻土区及多年冻土边缘的高温多年冻土区;到2099年,在A1FI升温情景下活动层厚度也将比2000年时增加0.5~1.2m,在B2升温情景下增加0.4~0.9m,100年后青藏高原多年冻土可能会发生大规模的退化。不同区域之间活动层厚度变化幅度有较大差异,其中变幅较大的区域出现在多年冻土边缘地区和高山多年冻土区,在大片连续多年冻土区多年冻土活动层厚度增幅相对较小。
4.对未来50年青藏高原多年冻土及活动层变化后地下冰的融化进行粗略计算。在A1F1情景下未来50年青藏高原多年冻土将释出大约3748km3的可用水资源,平均折合750亿m3每年;而在B2情景下到2050年约青藏高原多年冻土将释出1490km3的可用水资源,平均折合298亿m3每年。