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科研進展

青藏高原多年凍土空間分布變化模擬和預估取得新進展

發表日期:2021-04-04來源:西北生態環境資源研究院放大 縮小

  氣候變化背景下,青藏高原高海拔多年凍土發生了一系列變化,包括:年平均地溫(MAGT)上升,活動層厚度(ALT)增厚,多年凍土厚度減薄和多年凍土范圍減少等現象。多年凍土退化不僅對寒區生態環境造成破壞,同時還會對地下水動態過程產生顯著影響。全面了解青藏高原多年凍土發生的變化,包括年平均地溫(MAGT)和活動層厚度(ALT)的變化,對高原生態以及寒區工程設施的安全運營具有重要意義(Ni.2020)。 

  近年來,隨著新技術和新學科的發展,統計和機器學習等方法被越來越多的應用于地學研究。基于此,冰凍圈科學國家重點實驗室吳通華研究員及課題組成員利用統計和機器學習相結合的方法模擬并預估了青藏高原多年凍土區當前以及未來情景下的年平均地溫(MAGT)和活動層厚度(ALT)的變化。該方法的優點是對輸入數據要求低,結合當前比較容易獲取的氣象因子以及地理環境因子便可以快速獲取青藏高原多年凍土區的熱狀況以及活動層厚度信息。通過與原位觀測數據對比驗證,表明該方法對MAGTALT的模擬結果是可靠的,其均方根誤差分別為0.53°C0.69 m。結果發現,以MAGT<0℃為多年凍土的判斷標準,當前(2000-2015)青藏高原多年凍土面積約為1.04×106 km2,考慮到地溫數據的異質性和不確定性,高原多年凍土最大面積為1.28×106 km2,最小為0.8×106 km2。多年凍土區平均MAGTALT值分別為-1.35±0.42℃2.3±0.60m(圖1和圖2)。根據凍土穩定性分類體系,青藏高原37.3%的多年凍土正處在消失的邊緣。 

  未來(2061-2080年)不同RCPs情景下,青藏高原多年凍土面積(地表10m以內)將會發生顯著減少(圖3),尤其是在RCP8.5情景下,地表多年凍土面積將減少到現有面積的42%。其中,RCP2.6情景下,多年凍土區MAGT將從-1.35℃2000-2015年)增加到-0.66℃,在RCP8.5情景下進一步增加到0.25℃ALT預計將從當前狀況的2.3 m2000-2015年)增加到2.7 mRCP8.5)。總體而言,青藏高原多年凍土區的MAGTALT的未來變化是顯著的,而且區域差異明顯。 

  上述研究受到國家自然科學基金面上項目(41690142417710764196114402142071093)和中科院“西部之光”項目等的資助。該成果目前發表在Journal of Geophysical Research: Atmospheres期刊上。

  文章鏈接

1 青藏高原多年凍土區年平均地溫(MAGT)的空間分布特征 

2 青藏高原多年凍土區活動層厚度(ALT)的空間分布特征 

3 預估不同RCPs2.64.58.5)下青藏高原多年凍土區年平均地溫和活動層厚度的空間變化格局 

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