全球變暖背景下青藏高原多年凍土分布變化預(yù)測

焦世暉，王凌越，劉耕年

摘要：目的：多年凍土與冰川、積雪是青藏高原冰凍圈的重要組成部分。青藏高原多年凍土分布廣、厚度薄、穩(wěn)定性差。氣候變暖顯著和人類活動日益增加，加劇了凍土退化，引發(fā)一系列生態(tài)和環(huán)境問題。本文根據(jù)氣象和多年凍土觀測等資料，繪制青藏高原地區(qū)現(xiàn)代多年凍土分布圖，對各類多年凍土邊界分布與等溫線的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行分析。應(yīng)用現(xiàn)代氣溫等溫線，并結(jié)合地形、冰緣地貌證據(jù)，模擬IPCC報(bào)告中提出的升溫情況下青藏高原地區(qū)各類多年凍土分布的變化情況，對多年凍土區(qū)內(nèi)地表過程響應(yīng)機(jī)制展開討論，為探討全球變暖背景下的青藏高原環(huán)境變化提供依據(jù)。方法：多年凍土邊界資料主要依據(jù)《中國冰川凍土沙漠圖》以及文獻(xiàn)，溫度依據(jù) 1981—2010年氣象站點(diǎn)月平均氣溫資料，地形依據(jù)ASTER GDEM 90 m分辨率高程數(shù)據(jù)。在研究區(qū)進(jìn)行插值補(bǔ)點(diǎn)，嘗試給出已有站點(diǎn)溫度與海拔、緯度間的關(guān)系，通過模擬結(jié)果計(jì)算補(bǔ)點(diǎn)的溫度，繪制青藏高原地區(qū)現(xiàn)代平均氣溫等溫線和青藏高原現(xiàn)代多年凍土分布圖，在此基礎(chǔ)上模擬升溫 1.8℃和 4℃條件下青藏高原多年凍土的分布情況。以青藏高原及周邊地區(qū) 1981—2010年氣溫?cái)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算各站點(diǎn) 30年氣溫的方差，通過插值方法繪制出青藏高原地區(qū)30年氣溫方差分布圖。方差的大小標(biāo)志著溫度變幅的大小，反映年均溫的穩(wěn)定性。結(jié)果：在年均溫升高1.8℃的情況下，大片多年凍土收縮明顯。島狀多年凍土區(qū)北部在升溫的條件下依然比較穩(wěn)定，南部在增溫趨勢下向北劇烈收縮。喜馬拉雅山地區(qū)高山多年凍土面積驟減，平均海拔在5100 m以上；祁連山地區(qū)多年凍土在升溫1.8℃情況下依然比較穩(wěn)定，變化不大。在年均溫升高 4℃情況下，大片多年凍土依然穩(wěn)定，僅在西北部和東部部分地區(qū)小范圍收縮。島狀多年凍土中部向南北收縮，其他地區(qū)凍土范圍僅有小幅度收縮。喜馬拉雅山地區(qū)多年凍土分布較溫度升高1.8℃的情況變化不大；帕米爾高原多年凍土進(jìn)一步收縮。部分極高山在升溫 4℃條件下依然能夠發(fā)育多年凍土。在年均溫升高 6℃條件下，青藏高原地區(qū)多年凍土消融明顯。大片多年凍土區(qū)依然保持穩(wěn)定，僅西北部少部分消融；島狀多年凍土大幅減小，僅在中西部小范圍發(fā)育；高山多年凍土僅在喜馬拉雅山地區(qū)、橫斷山脈地區(qū)和祁連山地區(qū)零星發(fā)育。多年凍土面積僅為現(xiàn)代的50.8%。青藏高原中部氣溫變化幅度最大，部分島狀多年凍土在升溫環(huán)境下收縮明顯。高原西部、西北部和西南部氣溫變化幅度較中部地區(qū)小，但對西北部和西南部的高山多年凍土影響的程度依然較高。大片多年凍土區(qū)由于其整體高海拔的特征，導(dǎo)致其在升溫環(huán)境下依然穩(wěn)定。結(jié)論：青藏高原多年凍土在平均氣溫升高1.8℃的情況下大范圍消融，面積是現(xiàn)代多年凍土的 83.4%左右。在平均氣溫升高4℃的情況下，青藏高原多年凍土區(qū)面積是現(xiàn)代的73%。在平均氣溫升高6℃的情況下，青藏高原多年凍土區(qū)面積是現(xiàn)代的50.8%。青藏高原多年凍土區(qū)溫度變化與多年凍土本身的退化趨勢存在較好的對應(yīng)關(guān)系，同時影響到區(qū)內(nèi)土壤、植被、冰川、降水、湖泊等的變化規(guī)律。凍土的退化會對植被、土壤、生態(tài)、工程等產(chǎn)生巨大的影響。在未來對青藏高原的研究和開發(fā)建設(shè)中，多年凍土的變化和特點(diǎn)應(yīng)得到更大的重視。

來源出版物：北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）, 2016, 52(2):249-256

入選年份：2016