气候变暖背景下东北多年冻土退化对温室气体排放的影响

Feedback mechanism of permafrost degradation on climate change is an important scientific problem in the cryosphere research, but, the research is relatively weak. The current project mainly investigates the contributions of permafrost degradation on the climate warming effects based on the climate warming in the northeast China under the drive of permafrost degradation in the Da and Xiao Xing’an Mountain area. Six time periods maps of permafrost with different types since 1956 will be derived based on permafrost temperature characteristic values and MODIS data. The aims of the current project are to investigate the temporal and spatial pattern characteristics and degradation mechanism of the permafrost; to analyze the green house gas emission characteristics under different extents of the permafrost degradation in the field monitoring station and typical sampling areas; to quantitatively evaluate the contributions of green house gas which released from different extents of permafrost thaw on the climate warming based on Bayesian Network Model; and to simulate and predict the response of permafrost degradation under future Climate change scenarios. The project will provide scientific guidance to cope with the adverse effects of climate change and establish regional climate change countermeasure.

冻土退化同气候变化的反馈机制是当前冰冻圈研究的重大科学问题，但研究基础还较薄弱。本项目拟以东北地区气候变暖为背景，以东北大小兴安岭地区的多年冻土退化为驱动，重点研究多年冻土退化在气候变暖反馈效应中的贡献。项目基于冻土温度特征值和MODIS产品对1956年以来6期不同类型多年冻土信息提取与制图，厘清多年冻土变化的时空格局特征及退化机制；通过对野外监测站和典型样带中不同多年冻土退化程度下CO2和CH4排放动态监测，探讨其排放特征和规律，揭示冻土退化对温室气体排放的影响；构建气候变化、冻土退化和环境因子的贝叶斯置信网络关系模型，定量评估不同类型多年冻土退化所释放的温室气体在气候变暖过程中的贡献，并模拟预测未来气候变化情景下多年冻土退化的响应，为国家和地区应对气候变化的不利影响、制定适应气候变化的政策提供科学依据。

本项目以东北地区气候变暖为背景，以东北大小兴安岭地区的多年冻土退化为驱动，通过多年冻土区典型样地野外调查、室内样品测试分析及模拟实验，多年冻土信息提取与制图，气候变化、冻土退化和环境因子的贝叶斯置信网络关系模型构建，定量评估不同类型多年冻土退化所释放的温室气体在气候变暖过程中的贡献，并模拟预测未来气候变化情景下多年冻土退化的响应。主要进展与成果如下：.1. 通过野外实地考察，分别在呼中和漠河两个地区建立冻土监测站，完备涡度相关仪、雪深测量系统、地温监测系统等监测设施，获取高质量的冻土土壤剖面、土壤与气体样本，构建多年冻土土壤性质数据库。.2. 本研究精确计量了东北多年冻土区地表温度、冻土厚度、活动层厚度、积雪深度及日数的时空变化特征，并阐释了主要影响因素。利用逐日中国雪深长时间序列数据集、MODIS数据、气象站点观测数据，改进劈窗算法得到了地表温度数据，同时建立了随积雪深度变化的雪下真实地表温度模型，利用模型将算法所得到的雪表温度模拟积雪下的真实地表温度。.3. 对东北多年冻土典型区土壤温室气体通量进行不同时间尺度和不同情景模式下的野外原位观测和室内模拟培养实验，探索不同关键环境因子胁迫下，森林土壤碳矿化及关键影响因子，及多年冻土退化对温室气体排放的影响。.4. 建立研究区多年冻土退化脆弱性指标体系以及影响温室气体排放的指标体系。利用贝叶斯置信网络识别导致多年冻土退化以及温室气体排放的因子；评估不同气候条件下多年冻土退化和温室气体排放的影响；根据预估的多年冻土退化和温室气体排放评估它们对气候的反馈作用。.5. 发表学术论文38篇，其中SCI收录11篇，获省科技进步二等奖1项，培养博士后、博士研究生和硕士研究生58人。