青藏高原典型多年冻土区地温年变化深度的影响因素和机理研究

The depth of zero annual amplitude (Dazz) is not only an important indicator to determine the distribution of permafrost, but also a key factor which influences the accuracy of modeling for climatic and hydrological process. In comparison with high-latitude permafrost regions, the distribution and variation characteristics of Dazz are more complicated in the Qinghai-Tibetan Plateau (QTP).Climate-permafrost observation, soil and vegetation survey and ground-penetrating radar (GPR) monitoring will be carried out in several typical study areas on the QTP, based on this research program. A series of data sets including Dazz and relevant environmental factors will be established. By comparing the features of Dazz among different study areas, the impacts of environmental factors on Dazz will be quantitatively analyzed combined with multiple statistical methods, and it is one of the uppermost research purposes for the program to clarify their physical mechanism. Further more, a regression analysis will be carried out to establish the relational model between Dazz and environmental factors, which will be coupled to the soil thermal diffusion model. The simulation results will be verified by comparing with the measured data, and a reasonable parameterization scheme will be determined for Dazz in permafrost regions on the QTP. The research results will provide an important reference for environmental or engineering survey, and have a great significance for modeling accuracy improvement of temperature and increase of maximum modeling depth.

多年冻土区的地温年变化深度是确定多年冻土分布特征的主要指标之一，同时也是影响气候模式、陆面过程模式以及水文模式地温模拟精度的关键因素。相对高纬度地区，青藏高原多年冻土区的地温年变化深度分布和变化特征更为复杂，数值上具有更大的不确定性。本研究计划对青藏高原典型研究区开展气候-冻土观测、土壤-植被调查以及探地雷达监测，建立研究区地温年变化深度以及相关环境因子的时空数据集，通过比较不同研究区地温年变化深度的特征和差异，同时结合多种统计分析方法，阐明影响多年冻土地温年变化深度的影响因素及其物理机制。利用回归分析方法建立地温年变化深度同环境因子的回归模型，并耦合到地层热扩散模型中，模拟结果与实测数据进行验证，建立一种适用于青藏高原多年冻土区的地温年变化深度参数化方案。本研究成果将为高原多年冻土区的环境调查、工程勘察提供参考依据，并且对于气候、水文模型温度模拟精度的提高和模拟深度的拓展具有重要意义。

多年冻土区的地温年变化深度是表征多年冻土特征的重要指标，是影响多年冻土分布制图、冻土相关模式地温模拟和冻土工程地质评价的关键性因素。青藏高原气候条件复杂，下垫面和地层状况空间异质性大，加上多年冻土活动层冻融和水热动态的影响，地温年变化深度分布和变化特征具有很大的不确定性。基于此，本项目拟通过对青藏高原地区不同地区的地温年变化深度以及影响其分布的环境因子进行比较、分析和模拟研究，揭示地温年变化深度的分布规律和主要影响因素，阐明各要素对年变化深度的影响机制。.本项目通过在西昆仑、西藏改则、可可西里、阿尔金山和青藏公路沿线地区开展了广泛的野外观测和考察，获取了最新的冻土地温数据和冻土环境数据。基于连续地温观测数据，分析了青藏高原地温年变化深度的空间分布特征和时间变化规律，首次发现青藏高原多数地区地温年变化深度与地表温度年较差变化趋势相反，而与地层的热物理性质及其变化密切相关；地温年变化深度随冻土自身的热状况改变而改变，高温冻土地温年变化深度对于冻土温度的响应比低温冻土更为敏感；提出地温年变化深度的优化算法，减小了活动层冻融和水热动态对于地温年变化深度精度的影响；此外，开展了下垫面参数及活动层冻融及水热动态对于地温年变化的影响的研究，阐述了植被、土壤含水率和积雪对于地表冻融发生的影响，为进一步开展地层热扩散系数的参数化研究做铺垫；研究了典型研究区的多年冻土厚度分布及其同冻土地温和年变化深度的关系，强调了湖泊和湖泊沉积地层对于冻土地温具有独特的效应，并进一步分析和模拟湖泊变化和湖相沉积地层中多年冻土地温的变化和冻土演化过程；模拟了整个高原面上百年尺度1m和15m深度处土壤温度的分布和变化趋势，进一步提高了对冻土地温变化时空规律的认识水平。本项目相关研究成果，可以为冻土环境调查、地下水资源评估及寒区工程建设等提供数据支持和参考依据。