全球变暖背景下青藏高原多年冻土分布变化预测

焦世晖，王凌越，刘耕年

摘要：目的：多年冻土与冰川、积雪是青藏高原冰冻圈的重要组成部分。青藏高原多年冻土分布广、厚度薄、稳定性差。气候变暖显著和人类活动日益增加，加剧了冻土退化，引发一系列生态和环境问题。本文根据气象和多年冻土观测等资料，绘制青藏高原地区现代多年冻土分布图，对各类多年冻土边界分布与等温线的对应关系进行分析。应用现代气温等温线，并结合地形、冰缘地貌证据，模拟IPCC报告中提出的升温情况下青藏高原地区各类多年冻土分布的变化情况，对多年冻土区内地表过程响应机制展开讨论，为探讨全球变暖背景下的青藏高原环境变化提供依据。方法：多年冻土边界资料主要依据《中国冰川冻土沙漠图》以及文献，温度依据 1981—2010年气象站点月平均气温资料，地形依据ASTER GDEM 90 m分辨率高程数据。在研究区进行插值补点，尝试给出已有站点温度与海拔、纬度间的关系，通过模拟结果计算补点的温度，绘制青藏高原地区现代平均气温等温线和青藏高原现代多年冻土分布图，在此基础上模拟升温 1.8℃和 4℃条件下青藏高原多年冻土的分布情况。以青藏高原及周边地区 1981—2010年气温数据为基础，计算各站点 30年气温的方差，通过插值方法绘制出青藏高原地区30年气温方差分布图。方差的大小标志着温度变幅的大小，反映年均温的稳定性。结果：在年均温升高1.8℃的情况下，大片多年冻土收缩明显。岛状多年冻土区北部在升温的条件下依然比较稳定，南部在增温趋势下向北剧烈收缩。喜马拉雅山地区高山多年冻土面积骤减，平均海拔在5100 m以上；祁连山地区多年冻土在升温1.8℃情况下依然比较稳定，变化不大。在年均温升高 4℃情况下，大片多年冻土依然稳定，仅在西北部和东部部分地区小范围收缩。岛状多年冻土中部向南北收缩，其他地区冻土范围仅有小幅度收缩。喜马拉雅山地区多年冻土分布较温度升高1.8℃的情况变化不大；帕米尔高原多年冻土进一步收缩。部分极高山在升温 4℃条件下依然能够发育多年冻土。在年均温升高 6℃条件下，青藏高原地区多年冻土消融明显。大片多年冻土区依然保持稳定，仅西北部少部分消融；岛状多年冻土大幅减小，仅在中西部小范围发育；高山多年冻土仅在喜马拉雅山地区、横断山脉地区和祁连山地区零星发育。多年冻土面积仅为现代的50.8%。青藏高原中部气温变化幅度最大，部分岛状多年冻土在升温环境下收缩明显。高原西部、西北部和西南部气温变化幅度较中部地区小，但对西北部和西南部的高山多年冻土影响的程度依然较高。大片多年冻土区由于其整体高海拔的特征，导致其在升温环境下依然稳定。结论：青藏高原多年冻土在平均气温升高1.8℃的情况下大范围消融，面积是现代多年冻土的 83.4%左右。在平均气温升高4℃的情况下，青藏高原多年冻土区面积是现代的73%。在平均气温升高6℃的情况下，青藏高原多年冻土区面积是现代的50.8%。青藏高原多年冻土区温度变化与多年冻土本身的退化趋势存在较好的对应关系，同时影响到区内土壤、植被、冰川、降水、湖泊等的变化规律。冻土的退化会对植被、土壤、生态、工程等产生巨大的影响。在未来对青藏高原的研究和开发建设中，多年冻土的变化和特点应得到更大的重视。

来源出版物：北京大学学报（自然科学版）, 2016, 52(2):249-256

入选年份：2016