冰冻圈生态系统若干问题评述

冰冻圈是气候系统中的五大圈层之一,冰冻圈变化对其内部及关联生态系统的影响已成为全球变化关注的热点领域,冰冻圈生态系统的概念也得到了越来越多的应用。本文基于国内外对冰冻圈要素与生物之间相互作用的已有研究成果,对冰冻圈生态系统的组成、各冰冻圈要素与生物之间的关系进行了系统梳理。目前,冰冻圈生态系统的研究热点主要是冰冻圈生境特征和生境变化对生物群落带来的影响。从生物群落是否直接生活在冰冻圈要素内来看,可将生态系统分为以微生物为主的冰冻圈内生生态系统(endophytic ecosystem of cryosphere)和冰冻圈关联生态系统(cryosphere-related ecosystems)。总体来看,目前冰冻圈生态系统的研究主要关注不同物种(例如陆地动植物、陆地淡水生物、海洋生物、海岸动物和鸟类动物等)对冰冻圈变化的响应,未来应重点开展冰冻圈变化对生物群落影响的定量化研究,特别要考虑冰冻圈各要素变化对生物群落影响的时间尺度和空间范围。

CLDAS地表温度产品在青藏高原多年冻土区的适用性评估与校正

青藏高原多年冻土区现有的地表温度数据主要包括点位观测的地表和浅表层地温数据,以及遥感反演、模式模拟和再分析等手段获取和制备的空间数据。中国气象局陆面数据同化系统(CLDAS)数据产品在全国大部分地区的表现较好,但受实测数据稀缺的限制以及对多年冻土特殊下垫面考量不足的影响,该数据在青藏高原多年冻土区的适用性有待进一步评估和修正。文中基于多年冻土区2008—2018年7个站点的逐日连续地表温度定点观测数据,对CLDAS地表温度数据进行评估,分析在不同时期以及不同下垫面类型下,CLDAS地表温度的适用性情况。结果表明:CLDAS在7个站点的地表温度与实测值存在较大偏差(bias=2.09℃,MAE=3.64℃,RMSE=4.67℃,R^(2)=0.83),主要表现为对地表温度的高估。其中,CLDAS在融化期的适用性相对较好,在冻融交替期、冻结期的适用性较差;在高寒荒漠、高寒荒漠草原地区的适用性较好,在高寒沼泽草甸地区的适用性较差。据此,在考虑归一化植被指数(NDVI)、归一化积雪指数(NDSI)、积雪深度、高程、坡度、坡向、土壤质地对地表温度的影响基础上,构建了多元逐步回归校正模型。校正模型考虑了研究区下垫面情况的差异,提高了CLDAS的模拟精度。结果显示,区分冻结期、融化期、交替期构建模型校正的结果优于不考虑冻融期构建的校正模型。区分冻融期分别构建多元逐步回归模型进行校正后,CLDAS地表温度的精度得到了明显提升(bias=-0.11℃,MAE=2.42℃,RMSE=3.23℃,R2=0.89)。

青藏高原沱沱河源多年冻土区NDVI时空变化及影响因素分析

为了更精细地刻画青藏高原多年冻土区气候变化对植被生长的影响,选取多年冻土分布较为连续的沱沱河源为研究区,基于Landsat NDVI数据,使用趋势分析、偏相关分析和地理探测器等方法,分析了2000—2021年研究区植被生长季(5—9月)NDVI对气候变化及不同地形和植被类型的响应特征。结果表明:(1)研究区NDVI整体呈波动上升趋势,增长速率为0.013 (10a)^(-1);NDVI增长区域的面积约占总面积的84.1%,其中,显著增长区域约占45.0%,主要分布于海拔较低的河流两侧及冰川区附近;而16.0%地区的植被NDVI呈降低趋势,主要分布于研究区北部的高寒荒漠草原区。不同植被类型及不同地形区的NDVI变化速率存在差异。(2)研究期间生长季降水量、气温、太阳辐射和土壤水分含量均呈波动上升趋势,生长季NDVI与降水量和土壤水分含量在年际变化中整体呈正相关关系,与土壤水分含量的相关性更强;生长季NDVI变化与气温的相关性在空间上差异较大,其中55.4%的区域呈正相关关系;生长季NDVI变化与太阳辐射整体呈负相关关系。气温升高对草甸区植被生长的促进作用更强,对草原区植被生长的抑制作用更强。(3)研究区NDVI的空间分布主要受土壤水分含量、气候因子和坡度的影响,其中,土壤水分和坡度共同作用时影响最大。本文利用多种方法量化了研究区气候因子及其交互作用对植被变化的影响,进一步揭示了区域气候环境要素对NDVI变化的影响规律,可为青藏高原多年冻土区的气候环境变化研究、生态环境保护等提供新的依据。

温度对青藏高原热融湖塘沉积物甲烷产量的影响

气候变暖导致多年冻土退化,加快热融湖塘的形成和扩张,进而增加多年冻土区的碳释放。热融湖塘沉积物理化特征与甲烷产量有着重要关系,而这一关系的明确有助于揭示青藏高原热融湖塘甲烷释放对气候变化的响应。本研究选择青藏高原中东部8个热融湖塘为研究对象,通过室内培养实验探究不同温度(5℃、10℃和15℃)下两种主要植被类型区热融湖塘甲烷产量及其与沉积物理化性质的关系。结果表明:培养周期内(50天),甲烷产量最大值出现在10℃培养条件下高寒沼泽草甸区的MD-3样品,产量高达167.63μg·g^(-1)沉积物;最小值出现在15℃培养下高寒沼泽草甸区的AD-2样品,产量为0.01μg·g^(-1)沉积物。从理化性质与甲烷产量的关系来看,热融湖塘深度和氨氮含量都与甲烷产量显著正相关(P<0.05),而pH值(7.08~8.40)与甲烷产量显著负相关(P<0.05),如玛多地区氨氮高、pH低,其热融湖塘沉积物的甲烷产量远大于安多地区。另外,温度敏感性指数Q_(10)值的分析结果表明,温度升高对61.11%的甲烷产量有促进作用,对18.06%的甲烷产量有抑制影响,说明温度是影响热融湖塘沉积物甲烷产量的重要因素。本研究分析了不同培养温度下两种主要植被类型区热融湖塘沉积物的甲烷产量差异及其影响因素,为认识热融湖塘温室气体的排放潜力及模拟提供了科学数据。

青藏高原多年冻土区两种高寒草地生态系统土壤氮季节变化及其与环境因子的关系

在气候变化背景下,青藏高原多年冻土区生态环境发生着一系列变化并进一步影响土壤氮循环过程,但目前冻融循环及植被生长周期中土壤氮的动态变化还不清楚。以青藏高原腹地的风火山和特大桥地区的两种典型草地生态系统为研究对象,分析了土壤可利用氮(NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、DON)及微生物量氮(MBN)的季节变化。结果表明:土壤铵态氮(NH_(4)^(+)-N)及可溶性有机氮(DON)含量在非生长季高于生长季,土壤硝态氮(NO_(3)^(-)-N)在生长季高于非生长季;风火山地区高寒草甸生态系统中土壤NH_(4)^(+)-N在融化期含量较高;土壤MBN在植被生长旺盛期降低,在植被生长后期升高;风火山地区高寒草甸生态系统中土壤MBN含量、特大桥地区高寒草原生态系统中土壤可利用氮总量与土壤全氮(TN)含量显著正相关。这表明,土壤全氮含量、植被吸收以及冻融作用均可引起土壤可利用氮及MBN的季节变化。

基于高分遥感影像和集成机器学习的祁连山区融冻泥流识别研究

受气候变暖影响,青藏高原的多年冻土正在发生广泛的退化,主要表现为融冻泥流事件的频繁发生,对生态系统和当地基础设施造成深刻影响。融冻泥流的精准识别有助于理解融冻泥流的发生和演变机制。近年来尽管基于深度学习的融冻泥流识别取得了进展,但机器学习算法在该领域的识别能力仍有待探究。本研究基于GF-2卫星遥感数据构建了一种基于集成机器学习的优化面向对象融冻泥流识别算法,引入了纹理和几何等空间信息来辅助识别融冻泥流,并基于面向对象技术改善了识别模型的错分问题。此外,基于集成学习整合不同机器学习模型的优势,以获得不低于常用深度学习模型的识别精度。结果表明,基于递归特征消除(RFE)特征选择算法剔除了多维特征数据集中的冗余特征,证明了纹理和几何信息是融冻泥流识别的有效数据补充。在优化后的面向对象机器学习模型中,随机森林(RF)的识别精度最高,总体精度为87.43%。McNemar检验表明,与单一模型相比,集成机器学习模型显著提高了融冻泥流识别精度,其总体精度为93.14%。对研究区内融冻泥流的地形特征进行统计分析后发现融冻泥流主要发生在海拔3200~3500 m之间,坡度介于5°~25°,并且以东北、北和西北为主要的坡向朝向。本研究提出的集成机器学习模型为青藏高原多年冻土区日益频繁的融冻泥流事件提供了有效的识别方法,并可为基于卫星遥感影像的深度学习识别模型制作标签数据。

IPCC第六次评估报告解读:北半球多年冻土碳的观测结果和预估

政府间气候变化专门委员会(IPCC)第六次评估报告(AR6)第一工作组报告对多年冻土区土壤碳储量、碳汇效应及未来气候情景下温室气体排放进行了归纳和总结。报告明确指出,北半球多年冻土区表层土壤和深层沉积物的有机碳储量为1460~1600 PgC(1 Pg=10亿吨)(中等信度)。随着气候持续变暖,多年冻土显著退化,土壤有机质迅速分解并以二氧化碳(CO_(2))或甲烷(CH_(4))的形式释放到大气中,加速了气候变暖。在未来全球变暖情景下,近地表多年冻土面积将显著减少,并向大气释放CO_(2)和CH_(4),造成多年冻土碳与气候的正反馈作用。报告还指出,预计到2100年,气温每升高1℃,多年冻土区CO_(2)和CH4的排放量分别相当于18(3.1~41)PgC和2.8(0.7~7.3)PgC(低信度)。但由于所使用的估算数据异质性较大及模型之间的一致性有限,并且对多年冻土环境驱动因素及过程模型的认知尚不完整,故多年冻土对气候变化反馈的时间及幅度的可信度还处于较低水平。

青藏高原40年来降水量时空变化趋势

利用青藏高原及其周边的97个气象台站1961-2000年的逐月降水量资料,以Mann-Kendall趋势检验方法结合主成分分析,分析了高原降水量40年来的时间变化趋势和空间演变特征,并探讨了其变化趋势的区域分异因素和可能的趋势突变时间。结果发现,高原站点40年年降水量大部分表现为增大趋势,只有青海东南部和南疆及西藏部分站点出现减小趋势,这一时间变化趋势的空间分布则大致表现为高原中东部和南北的反向变化,同时高原站点冷季降水量增大趋势明显;以冷、暖季降水量的第三载荷向量场分异进行的分区在10年年代际和逐年变化中都有明显体现,暖季区域分异因素的主要相关区域降水量变化趋势与相应载荷向量的时间变化相关显著,在1989年出现可信的突变时间点;冷季相关分异区域的降水量变化趋势在1987年出现明显增大趋势,同样与载荷向量的时间变化相关显著,但突变时间点检测不明显。

青藏高原地气温差变化分析

利用青藏高原及其临近区域的99个气象站1960￣2000年地表温度和气温资料,利用主成分分析和功率谱分析方法,分析了青藏高原地气温差的空间分布及时间演变特征。结果表明:青藏高原地气温差6月份最大,12月份最小。青藏高原冷、暖季和年均的地气温差空间分布前三个载荷向量场大致可表现三种分布型:西北-东南反向变化型、地形海拔反映型、冻土分布反映型;载荷所对应的时间演变型:单调上升、单调下降型、基本平稳型和具有极小值的下凹抛物线型。高原地气温差的周期振荡在不同区域的显著性不同,普遍出现的是2年左右的周期。依据温差冷季第三主分量载荷的空间分布型,可将高原划分为两大区,即多年冻土影响气温区和季节冻土影响气温区。

近45年青藏高原土壤温度的变化特征分析

利用青藏高原60个气象站1960-2005年的土壤温度观测资料,采用Mann-Kendall法和功率谱方法对不同深度土壤温度的时间变化进行趋势突变和周期检验,并以主成分方法考察其空间分布特征。分析结果发现青藏高原浅层土壤温度自1970年以来升高趋势明显,1969-1970年为明显的突变点;40-320cm的深层土壤温度存在3.25年的显著周期变化;浅层土壤温度空间特征则主要体现为全区一致型和南北反向变化型。同时以浅层土壤温度梯度（10-20cm）的变化特征讨论了青藏高原地气间能量的交换关系以及浅层土壤温度梯度对高原多年冻土的响应,认为高原地气温差和浅层土壤温度梯度之间存在一种涨落机制,体现的是高原地气间的耗散结构关系;而浅层土壤温度梯度分布特征对高原多年冻土有明显的响应。

阿拉斯加苔原植被优势种地理分布的未来模拟

北极地区被认为是气候变化最为敏感的地区之一,苔原生态系统在北极生态系统中扮演着至关重要的角色。本研究利用生态位模型MaxEnt,基于物种分布点和环境数据,模拟阿拉斯加苔原植被六个优势种当前(1970—2000年)潜在分布,并预测2021—2040年SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5情景下的变化,根据各因子贡献率大小确定主导因素。研究结果表明:影响物种分布的最主要环境因子是温度,优势种适生区变化存在空间异质性。相较于当前气候,在2030年四种气候情景下,矮灌木优势种北极果面积均减小,地衣优势种鹿蕊和莎草优势种白毛羊胡子草总面积均增大。在低强迫情景(SSP1-2.6)下,北极果和匍匐矮灌木优势种仙女木适生区总面积增大,然而在中、中高和高辐射强迫情景下,全球变暖加剧,适生区面积减小。半匍匐矮灌木优势种四棱岩须和苔藓优势种塔藓在不同气候情景下适生区总面积无规律性变化,但低适生区面积均减小,向中、高适生区转移。同时,优势物种会向更高纬度和更高海拔地区移动。

2000~2021年北半球多年冻土区NDVI变化趋势及其影响因素

气候变暖正在导致北半球多年冻土区的土地覆被类型和植被生物量发生快速变化,而不同冻土类型区和不同土地覆被类型区对气候变化的响应程度尚不清楚。基于Slope趋势分析和皮尔逊相关性分析,量化了2000~2021年北半球多年冻土区归一化植被指数(NDVI)的时空变化及其对气候变化的响应。结果表明:约21.43%的多年冻土区NDVI值表现出显著增长趋势,其中连续和不连续多年冻土区的NDVI值增长速率是零星多年冻土区的2~3倍。在月尺度上,约33.75%多年冻土区的NDVI值在6月呈显著增长趋势,其中连续多年冻土区和灌丛植被类型区的增长速率最快。气温、降水量和活动层厚度均呈显著上升趋势,积雪覆盖率呈下降趋势。气温升高对俄罗斯等低纬度冻土区的植被生长起到了促进作用;降水在蒙古高原等一些特定干旱区对植被生长具有促进作用,但在俄罗斯中部和加拿大南部存在不利影响;积雪对于俄罗斯南部等积雪覆盖较低地区的植被生长有促进作用,而对于北极等积雪覆盖较高的地区存在不利影响;活动层厚度的增加有助于俄罗斯北部等冻土区的植被加速生长。总之,北半球多年冻土区植被整体呈增长趋势,气温升高仍然是北半球多年冻土区植被生长的主控因素,但不同多年冻土类型区的NDVI值增长有着明显的月份差异,因此在以后植被模型的发展和改进时需要考虑月份的差异。

考虑冻融锋面移动过程的多年冻土水热模拟

活动层内部的冻融锋面是冻融过程中冻结土层与融化土层的分界面,其上下土层的水热参数有着显著差异。在陆面过程模式中准确描述冻融锋面的移动过程将有助于提高其对多年冻土水热过程的模拟能力。本研究首先将Noah-MP陆面过程模式的模拟深度扩展到20 m,并将原模式的4层土层增加到19层土层,同时引入前人的有机质方案和植被根系方案,然后在此基础上,通过耦合Stefan方法以加强模式对冻融锋面的模拟能力,进而探究耦合Stefan方法的Noah-MP模式对西大滩多年冻土站点水热过程的模拟效果。研究中设置了不耦合Stefan方法的CTL控制试验和耦合Stefan方法的STE对照试验来分别模拟西大滩多年冻土站点2012年0~20 m的土壤温度与土壤液态含水量,模拟结果用站点0~3.2 m内10个深度的日均土壤温度、土壤液态水含量监测数据以及3 m、6 m和10 m的年均地温监测数据来做验证。研究结果表明,由土壤温度模拟值插值得到的冻融锋面(0℃等温线)有明显阶梯状特征,最大冻融深度与实测相比偏大。耦合Stefan方法增强了Noah-MP模式模拟冻融锋面的能力,使得模式能够基于Stefan方法较好地模拟出冻融锋面的变化趋势和最大深度。同时,改进后的模式整体改善了对土壤温度的模拟效果,使得0~3.2 m各土层土壤温度的平均RMSE降至0.89℃,减小44%;平均MBE降至-0.13℃,减小86%;模拟的3~20 m年均地温与实测数据更为接近。改进后的模式对土壤液态含水量的模拟水平也有一定改善,其中,模拟的0~3.2 m各土层的土壤液态含水量的平均RMSE降至0.06 m^(3)·m^(-3),减小33%;平均MBE降至-0.01 m^(3)·m^(-3),减小67%。模式还较好描述了活动层20 cm、40 cm、80 cm、120 cm土壤的融化时间。可以看出,在陆面过程模式中耦合能够较好模拟冻融锋面移动过程的Stefan方法可较大程度提高模式的模拟能力,是陆面过程模式改进的有效途径之一,本研究的结果可为多年冻土区陆面过程模式改进提供参考。

青藏高原唐古拉地区活动层厚度分布特征及其影响因素

多年冻土区活动层的冻融过程显著影响地-气间的水热交换、地表水文过程、冰缘地貌演变及寒区工程建设。活动层厚度的空间分异规律及其空间分布的准确模拟计算是冻土学研究的基础和核心问题之一。作为青藏高原中部东西走向最大的山脉和青藏高原多年冻土的主要分布区,唐古拉地区是青藏高原南部湿润区与北部干旱区的过渡区,该地区的活动层厚度空间分异规律研究对于揭示青藏高原多年冻土区活动层厚度整体空间分布规律具有重要意义。利用唐古拉地区南、北坡两个区域野外实测活动层厚度分布数据,分析了该区域活动层厚度的空间分异特征及其主要影响因素。结果表明,活动层厚度分布的突出特点是空间分异巨大,最小值仅为1.2m,最大值达到5.6m。以不同植被类型区活动层的平均厚度为对比标准,其分布特征为:沼泽草甸<高寒草甸<高寒荒漠<高寒草原,高寒草原的平均活动层厚度最大。对比南、北坡,南坡活动层厚度普遍大于北坡。Stefan方程的计算结果表明,活动层厚度的变化速率随土壤含水率的变化最大,其次为土壤热导率,而随地表融化指数的变化最小。实测土壤含水率、探坑数据及地表融化指数与活动层厚度分布关系表明,影响活动层厚度空间分异的最为敏感的因素为土壤含水率,其次为土壤热导率,地表融化指数的敏感性最小。

青藏高原腹地各拉丹冬南北坡多年冻土考察初步结果

青藏高原唐古拉山南北两侧在地形地貌、地理和气候特征上存在显著差异,多年冻土的发育状况和特征也明显不同。受第二次青藏高原综合科学考察研究等项目资助,多年冻土对亚洲水塔的影响专题考察分队分别于2019年和2020年的10—11月对唐古拉山各拉丹冬南侧的色林错上游扎加藏布源区(简称“湖源区”)和北侧的长江上游沱沱河源区(简称“江源区”)进行了多年冻土野外考察。利用钻探、坑探、地球物理勘探等方法对多年冻土的分布边界、多年冻土剖面的地层、地下冰等特征进行了描述和取样,同步构建了多年冻土温度和活动层水热观测网络,为多年冻土对亚洲水塔影响的机理分析、数值模拟以及情景预估提供数据保障。对野外调查资料的初步分析认为,各拉丹冬南北两坡地层沉积类型和地下冰赋存状态存在明显差异,北坡多年冻土的热稳定性、地下冰含量、冰缘地貌类型多样性均高于南坡,但由于受到构造地热、河流融区等多种因素的影响,北坡的冻土分布形式更为复杂。江源区100 m钻孔剖面揭示了连续分布的、厚度大于50 m的地下冰;在该区域发现了多年生冻胀丘分布群,并利用钻探和地球物理勘探方法对该区域规模最大、结构最完整的冰核型冻胀丘进行了较为系统的勘察剖析。两次野外调查工作共采集钻孔岩心、表层土壤、冰水等各类样本近1.2万件,为后期区域冻土理化指标分析,冻土环境化学、古气候环境研究的开展奠定基础。

基于地理探测器的青藏高原多年冻土分布影响因子分析

多年冻土的分布会受到局地地质、地形地貌和地表覆被等因素的影响。为探究各因子对多年冻土分布的影响强弱,选择青藏高原五个典型多年冻土区为研究区,基于MODIS和SRTM DEM数据提取研究区内2003—2012年平均地表温度、NDVI、地表反照率、积雪日数和坡度、坡向等因子,并采用地理探测器模型研究了各因子对研究区多年冻土分布的影响程度及差异。结果表明:在所有研究区内,地表温度是影响多年冻土分布最强的因子,其次为积雪日数。随着空间尺度范围的增大,坡度和坡向对多年冻土分布的影响逐渐减弱,地表温度的影响则逐渐增强。交互探测结果显示两个因子交互作用对多年冻土分布的影响程度都要大于单因子作用下的影响程度。本研究明确了青藏高原多年冻土分布的区域差异规律,为不同尺度多年冻土分布制图提供理论基础。

青藏高原多年冻土区地表能量收支过程及其对活动层影响的初步分析

基于2005—2016年青藏高原多年冻土区唐古拉和西大滩站的气象、涡动通量以及活动层资料,利用涡动相关法、气象梯度法和SHAW模型等方法探究了气候变化背景下高原多年冻土区地表能量通量变化规律及其对活动层的影响。结果表明:2005—2016年唐古拉和西大滩气温、地气温差有所升高,年降水量、10 cm土壤含水量及风速有所下降。2005年以来唐古拉和西大滩净辐射(Rn)与感热(H)呈增加趋势,潜热(LE)呈减小趋势,地表土壤热通量(G)变化较小。唐古拉和西大滩地表能量通量季节变化明显,但受海拔、纬度、坡向、土壤冻融过程、降水、下垫面状况等因素的影响,地表能量通量存在区域差异。研究时段内,唐古拉和西大滩地表冻结指数与土壤热通量呈负相关;融化指数、活动层厚度与土壤热通量呈正相关,融化期间土壤热通量积累量与融化深度的变化呈线性增加关系。

长期增温和围栏封育对高寒草原土壤微生物残体碳积累的影响不显著

在气候变暖背景下,围栏封育是常见的草地生态系统管理手段,明确变暖和围封对土壤有机碳的积累过程,对于认识草地生态系统碳源汇效应十分重要。本文以氨基糖为有机碳组分的标识物表征死亡的微生物量,选择连续15年增温和围栏封育处理下的样地,分析增温和围栏封育对高寒草原区微生物残体碳积累的影响。结果表明:相比对照,增温+围封和围封处理细菌、真菌来源碳无显著差异,但细菌残体碳比真菌残体碳对土壤有机碳相对贡献大;增温+围封和围封处理与对照相比,氨基糖总量影响不显著,但是显著降低了土壤中微生物碳长期周转,短期周转不显著;总氨基糖、真菌来源碳、细菌来源碳与电导率、含水率、土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)显著正相关。综上所述,细菌残体碳比真菌残体碳对土壤有机碳相对贡献大,增温和围栏封育对微生物残体碳影响不显著。

CLM5.0对阿拉斯加多年冻土区土壤温度和碳循环模拟的适用性评估

气候变暖对北极多年冻土和植被产生了重要的影响。CLM(Community Land Model)是应用最广泛的陆面过程模式之一,但其中复杂的边界条件和参数化过程导致模式模拟结果存在一定的不确定性。本研究评估了CLM5.0对阿拉斯加多年冻土区表层土壤温度和碳循环的模拟能力,结果表明,CLM5.0可以捕捉到表层土壤温度的季节变化。在苔原和针叶林站点,CLM5.0在日尺度和月尺度都可以很好地模拟出总初级生产力(GPP)随时间的变化,但对净生态系统碳交换(NEE)的模拟结果存在一定的不确定性。CLM5.0可以较为合理地模拟高纬度多年冻土区的土壤温度季节变化,在未来的研究中可能还需要从结构、参数化方案等过程进行改进,从而进一步提升高纬度多年冻土区碳循环的模拟精度。

基于SBAS-InSAR技术的西大滩—昆仑垭口地区多年冻土形变分析

多年冻土活动层内部冰-水相变会导致多年冻土地表出现季节性的冻胀和融沉,而其上限处地下冰融化将引起地表的长期沉降,因此揭示地表形变的季节和长期变化规律可为多年冻土变化研究提供新的视角和方法。本文以青藏高原多年冻土区北界(西大滩—昆仑垭口)为研究区,利用C波段降轨Sentinel-1数据,采用SBAS-InSAR技术获取该地区多年冻土2014—2020年的地表形变时间序列结果,并基于长期形变速率和季节性形变量探讨了该地区的多年冻土形变规律。结果表明:在多年冻土北界西大滩沟谷地区,不连续多年冻土区形变空间差异较大,多年冻土区的长期沉降速率和季节性的形变量高于季节冻土区。此外,高温多年冻土地表沉降比低温多年冻土更为显著,形变空间分布特征与地貌单元紧密联系。与西大滩谷地相比,昆仑山垭口地区和楚玛尔河高平原区域的长期形变速率与季节性形变量都明显增大。同时热融湖塘的形成过程与地表形变有着直接的关联,在热融湖塘发展早期,地下冰融化使得区域季节性形变量增大,随着热融湖塘扩张,区域长期沉降速率加剧,热融湖塘进一步发展后,区域季节性形变量可能降低。