气候变化下大兴安岭南段季节冻土退化特征

[目的]季节冻土退化会直接影响生长季初期的水分补给,进而影响区域森林健康。然而,目前大兴安岭南段的冻土退化,特别是气候变化下冻土如何退化尚不清楚。[方法]在内蒙古赛罕乌拉国家级自然保护区长期实验森林中,定位观测2014-2022年气温、土壤温度、土壤体积含水量等环境因子,分析森林季节冻土退化特征。[结果]研究表明:大兴安岭南段气温加速上升,1997-2022年间年平均气温上升速率为0.42℃·(10 a)^(-1),比1973-1996年间的升温速率[0.34℃·(10 a)^(-1)]加快了23.5%;且冻融期(当年11月-次年6月)平均气温上升速率更快[0.46℃·(10 a)^(-1)]。土壤的冻融模式呈自上而下单向冻结,单向融化;冻结速率、融化速率随着土壤深度的增加而变快,在40~80 cm土层达到最大值(冻结速率2.23 cm·d^(-1)、融化速率4.50 cm·d^(-1))。季节冻土持续退化,观测到的最大冻结深度由80 cm减少至40 cm;冻融期显著缩短,开始冻结时间推迟,完全融化时间提前,导致年冻融期缩短15.21%。应用本文建立的冻融多元线性回归模型计算得出,积温升高对研究区季节冻土退化的贡献率超过90%,是该区域季节冻土退化的最主要原因。[结论]在大兴安岭南段,冻土退化主要表现为冻融期缩短,气温升高是导致季节冻土退化的主要驱动因素,今后有必要监测季节冻土的变化,从而更好地进行森林经营。

多年冻土退化对冻结层上水变化的影响研究-以黄河源区为例

冻结层上水是支撑寒区生态系统的重要水源和维持寒区水热循环过程的重要纽带,科学认识冻土退化对冻结层上水的影响作用,对气候变化加剧下高寒地区水资源及生态保护具有重要意义。针对黄河源区多年冻土退化的水文效应,基于典型监测点冻土地温、含水率监测数据和黄河沿水文站断面径流变化数据,分析黄河源区多年冻土退化特征,探讨冻结层上水水位埋深和补给过程对多年冻土退化的响应。结果表明:2010—2020年监测点0~2.4 m剖面上平均升温0.42℃,多年冻土上界面埋深由2.1 m降至2.5 m,平均下降速率4 cm/a;以2018年为时间节点,冻结层上水埋深由0.9 m以浅降至0.9~1.8 m之间;冻土退化引起活动层融化期(5—10月)的径流过程提前、径流极值比降低、1月份径流过程线更加凸出。地温是控制冻结层上水变化的核心要素,在暖湿化的气候变化条件下,多年冻土退化将改变冻结层上水的动态特征及其与地表水之间的水力联系,进一步影响黄河源区的水文生态过程。

花石峡气候变化与多年冻土退化的关系预测

根据２１４国道沿线花石峡地区的气候变化特征和自然地理及地质水文条件，以该区长石头山连续多年冻土区４０ｍ深实测地温为基础，并以年平均气温升速率０．４℃／１０ａ为前提，对该区气候变化与多年冻土退化的关系等进行了模拟预测．

东北北部冻土退化与寒区生态环境变化

我国东北地区位于中高纬度欧亚大陆东缘,大、小兴安岭多年冻土区是欧亚大陆高纬冻土区向南最突出的部位,属于高纬山地冻土.东北多年冻土区是我国,乃至全球范围内,受气候变暖和人为活动影响最显著的冻土区之一.过去40 a来该区冻土显著退化,主要表现在:1)冻土南界及不连续多年冻土各分区边界北移而导致总面积减小、空间分布破碎化;2)活动层加深,融区扩大,局地冻土岛消失;3)冻土温度升高、厚度减薄、热稳定性降低等.由于各种因素的共同影响,寒区生态环境也发生了一系列变化.这具体表现为以兴安落叶松占绝对优势的天然林带锐减,整个北方森林带北移,沼泽湿地面积减小等,寒区生态系统和环境已出现恶性循环.关注、研究、整治和管护寒区环境对区域社会、经济和生态可持续发展不可或缺.

多年冻土南界附近青藏铁路路基下的冻土退化

基于2006-2012年青藏铁路多年冻土区唐古拉山南侧安多断面地温监测资料,分析了多年冻土南界附近路基下多年冻土的退化过程及其影响因素.结果表明:该监测断面天然场地多年冻土退化表现为多年冻土天然上限下降与多年冻土地温升高,观测期内多年冻土天然上限下降0.29 m,下降速率为4 cm·a-1;路基下10 m处多年冻土温度升高0.03℃,升温速率为0.004℃·a-1.该监测断面路基左路肩下多年冻土退化表现为多年冻土人为上限下降、多年冻土地温升高、多年冻土下限抬升以及多年冻土厚度减少.观测期内多年冻土人为上限下降0.41 m,下降速率为6 cm·a-1;路基下10 m处多年冻土地温升高0.06℃,升温速率为0.009℃·a-1;多年冻土下限抬升0.50 m,抬升速率为7 cm·a-1;多年冻土厚度减少0.90 m,减少速率为13 cm·a-1.工程作用是导致路基下多年冻土退化的主要原因,气温升温与局地因素中的冻结层上水发育促进了这一退化过程.路基下融化夹层的出现,导致多年冻土垂向上由衔接型变为不衔接型.

唐古拉山南麓多年冻土退化与嵩草草甸变化的关系

测定了分布于唐古拉山南麓两道河－聂荣高地多年冻土岛和冻土退化后，季节冻土区的两种嵩草草甸群落中各物种的重要值以及群落生态优势度、物种多样性，结合冻土环境对比分析得出，诸多物种重要值发生了明显变化，物种多样性、生态优势度都有所增高，这是该区独特的生境特征所导致。另外，草场的特性也发生了改变。

冻土退化过程中植被覆盖度的变化研究

在全球气候变暖的背景下,青藏高原的多年冻土出现了不断退化的现象.退化的多年冻土隔水作用减弱或消失,并导致依赖于冻结层上水的植被变化.在模拟高原多年冻土分布的基础上,分析了冻土的退化过程植被覆盖度的变化,结果表明,冻土的变化可分为3个阶段:冻土稳定段(80年代)、冻土快速退化段(90年代)和冻土缓慢退化段(最近十几年).同时,采用GIMMS(global inventory modeling and mapping studies)第3代NDVI数据(1982—2012年)分析青藏高原植被覆盖度的斜率变化特征,结果显示:在近31a来,青藏高原的植被覆盖度斜率整体上呈微弱增加趋势;植被覆盖在冻土退化的3个时段内的变化特征为:从20世纪80年代冻土相对稳定期到90年代的冻土退化期,比退化面积增大11%;近十几年来,冻土退化逐步减缓,植被退化的增幅减弱,面积比90年代增大了3%,但退化的区域更为集中.冻土退化与植被的变化机制复杂,本文的分析与发现对理解冻土对生态的影响有一定的意义.

中德合作三江源区和甜水海地区多年冻土退化过程科学考察和研究进展

为准确了解青藏高原多年冻土退化过程及其环境效应,中国科学院寒区旱区环境与工程研究所和德国海德堡大学环境物理研究所共同组成科研小组,先后对我国三江源区、西昆仑甜水海地区进行了多年冻土退化过程的前期勘察研究工作.首次在人烟稀少的玉树-不冻泉沿线等地建立了3个长期综合观测研究站.在技术手段上,除应用常规的坑探、水土取样、水分现场观测、地面调查外,主要应用了最新的双天线、多回路探地雷达勘测技术,对不同地貌条件下的活动层结构特征、上限附近冻土结构、冷生组构等诸多方面进行了快速勘察,同时还进行了水分场分布规律、盐份迁移过程的初步研究.研究结果表明:地表景观特征对热质迁移规律、地温场具有重要影响;青藏高原新疆甜水海地区的低温(<-4℃)冻土与高原东部和腹地的高温(>-1℃)冻土在地质背景和地下冰发育情况等方面有所区别;甜水海地区生态环境在过去30多年的时间里已发生重大改变:地表植被发生大面积退化,地表普遍发生不同程度盐渍化;在该地区发现大量小型冻胀丘、石环等冰缘现象的存在.探地雷达勘察结果显示,地表地貌单元、植被分布、地表水分条件的变化均对多年冻土上限变化和地下冰的赋存产生重要影响.

大兴安岭林区多年冻土退化的驱动力分析

大兴安岭是中国东北最大的原始林区 ,也是中国唯一的寒温带针叶林区。长期以来 ,人们忽略了引起大兴安岭森林环境恶化的多年冻土退化问题。本文从气候变暖和人类活动两方面分析引起大兴安岭多年冻土退化的驱动力因素 ,揭示大兴安岭多年冻土退化的主要原因。

我国东北地区多年冻土退化情景下的适应对策

气候变化和人类活动加剧,致使我国东北地区多年冻土退化严重.调查结果表明,该地区适应冻土退化的能力较弱,总体表现为:当地居民重视气候变化,生态保护政策效果显著,产业结构调整潜力较大,但林业管理体制存在不足.依据调查分析结果,提出了适应冻土退化的对策建议:政府部门应加强对冻土退化适应措施的政策引导,建立合理的生态补偿机制,严格执行各项政策措施,加强森林火灾预防和宣传教育工作.

东北寒区多年冻土退化的主要研究综述

通过回顾东北多年冻土的研究成果,从多年冻土退化研究方法、退化形式、影响因子及对寒区生态系统和环境的影响等方面,归纳综述了东北地区多年冻土退化的主要研究。目前东北多年冻土受气候变化与人类活动双重影响,出现面积萎缩、冻融深度变化以及南界北移等现象,影响东北寒区生态系统及环境变化,如导致林木倾倒、林带转移、湿地面积萎缩、土壤温室气体排放及生物地球化学循环受到干扰等。今后应重点开展冻土退化对寒区多年冻土-森林-湿地生态系统相互作用的影响研究,加强寒区冻土碳储量、碳迁移以及碳循环对气候变化的响应研究;明确多年冻土退化对区域生态环境的影响,加强构建模型预测及开发新技术探究冻土退化趋势,从多角度多尺度深刻揭示东北寒区多年冻土区冻土退化的机理及趋势,切实考虑环境和社会经济的综合发展,促进东北多年冻土区生态保护与环境安全发展。

大、小兴安岭多年冻土退化规律及利弊的初步分析

论证了东北地区多年冻土退化的速度,在南部快于北部,阳坡快于阴坡,先山区后谷地,城镇大于田野,人为影响大于自然因素等诸方面的规律。多年冻土完全退化消失后有利于农业生产、育林更新;有利于采金和建筑开挖,使水力循环加快。但多年冻土退化过程中威胁建筑物的安全与稳定,造成热融等许多危害,易引起地下水的污染,应当密切注意防范。

冻土退化对格拉管道运行的影响及其防治措施

分析了青藏高原冻土地温的变化规律,指出随着青藏高原气候变暖致使格拉管道沿线冻土退化加剧,多数管段的埋设位置已不再是含水量小、冻胀和融沉敏感性较小的"弱冻胀层"。针对格拉管道途经区域冻土承载能力下降,管道融化下沉加剧,季节融化层加厚,冻胀量和冻胀力增大等不稳定因素,提出应加强管道沿线的地质勘查和冻土区域管段的泄漏监测,建立并实施定期清管及巡线制等相应的防治措施。

青藏高原东部多年冻土退化对环境的影响

退化是本区多年冻土变化的基本趋势,不同区段退化幅度有差异,影响退化的因素除了全球气候转暖外,还有局地气候和地下水迳流。在退化敏感的地带,工程建设,牧区生态平衡都有不可忽视的影响。

青藏高原冻土退化的研究

青藏高原从７０年代后期气温持续转暖，导致高原多年冻土呈区域性退化趋势。年平均地温升高０．１～０．５℃，在边缘地带垂向上形成不衔接冻土和融化夹层，多年冻土分布下界上升４０～８０ｍ，高原多年冻土总面积约减少１０×１０４ｋｍ２。

冻土退化预报模型研究

采用非稳态热传导微分方程,应用数值模型建立了东北多年冻土退化模型,该模型对不同初始地温的50a及100a后温度场进行了模拟。年均地表温度分别取4个代表值,给定了年均地表温度的增温率及地表温度的年振幅。预报了50a及100a后发育多年冻土的厚度和活动层上限变化规律,给出了利用时间历程后处理方法预报冻土上限退化模型。

多年冻土退化,会是下一个“后天”吗?

由于全球变暖,气候系统极有可能在达到某个临界阈值之后出现整个系统的崩溃,造成类似于电影《后天》中的后果。多年冻土退化被认为是气候系统中一个重要的气候突变要素。在全球变暖的背景下,多年冻土正在迅速退化,并将释放出巨量的碳。多年冻土热融喀斯特现象的存在,并综合其他气候突变因素,有可能在政府间气候变化专门委员会(IPCC)提出的2℃目标以内达到地球系统行星边界的阈值,从而对气候系统产生不可逆的影响。

冻土层下水对小厚度多年冻土退化的影响研究

针对环境升温和冻结层下承压水二者共同作用下小厚度多年冻土的退化过程进行数值分析。利用有限元分析软件ANSYS数值模拟了多年冻土区30 a环境升温1.56℃,天然地表下20 m深度处0.6℃冻结层下承压水共同作用下地温场。结果表明,冻结层下水对小厚度多年冻土退化影响较大,致使冻土下限抬升;环境升温对冻土上限下移影响有限。

中国东北多年冻土退化对植被季节NDVI的影响研究

多年冻土作为冰冻圈的重要组成部分对气候变化十分敏感,尤其是多年冻土上的植被,易受气候变化影响。利用景观生态学中"空间替代时间"方法,分析多年冻土退化对植被产生的影响。结果表明,不同多年冻土区植被春、夏、秋三个季节平均NDVI均具有增加的趋势。分析不同多年冻土区植被NDVI与气候因子相关性表明,短期多年冻土退化对植被的生长具有积极促进作用;长期由气温升高所引起的植被覆盖增加的幅度具有减弱的趋势,多年冻土退化会阻碍植被的生长。

冻土退化影响下坡面水文过程研究进展及趋势展望

全球气候变化背景下,冻土将会发生显著变化,进而影响寒区生态和水文系统的物理、化学和生物过程,并诱发区域水资源恶化与生态功能退化,其中坡面冻土水文过程是物质和能量在寒区地表各圈层迁移转化的重要载体与基本单元。为此,基于"驱动-过程-机制"这一研究视角,从冻土退化及其水文过程响应、冻土水文过程及其局地因素影响、冻土水文过程机制及其影响模拟等三个方面,综述了国内外有关冻土退化影响下坡面水文过程研究方面的最新进展;同时,在总结了当前冻土水文过程研究不足的基础上,提出了如下建议:(1)更加注重坡面冻土水文过程要素观测与方法集成研究;(2)更加注重坡面冻土水文过程变化机理与耦合机制研究;(3)更加注重坡面冻土水文过程时空演化与效应评估研究。以期提升寒区流域径流形成演化的认知能力与径流变化的预测能力,并为寒区流域水资源稳定和适应性利用提供理论基础与科学对策。