青藏高原冻土退化对陆面能量水分输送及气候的影响研究

The Tibetan Plateau (TP) permafrost responds very rapidly to climate change and continues to degenerate under the background of global change. As an important forcing factor on land surface, the change of frozen soil state and its freeze-thaw characteristics will profoundly affect the soil water and heat transfer, also the energy balance of land surface, and thus have an important impact on climate. In this project, land surface process model is used to simulate the influence of frozen soil state change on energy and water transfer process in the TP. At the same time, the possible impacts of frozen soil degradation on regional climate in the future are discussed by using climate model. Through the implementation of this project, we will future explore the extent of the impact of frozen soil degradation on land surface water and heat transfer and energy flux, elaborate the impact process of frozen soil degradation on local meteorological factors, predict the possible impact of frozen soil degradation on regional climate in the future. We will also increase the understanding of the interaction mechanism between the cryosphere and the atmosphere under the background of global change.

青藏高原冻土对气候变化响应极为迅速，全球变化背景下高原冻土的持续退化。作为陆面重要的强迫因子，冻土状态的改变及其冻融特征的变化将深刻影响地表水热传输及能量平衡，从而对气候产生重要影响。本项目运用陆面过程模式模拟青藏高原冻土状态变化对能量水分传输过程的影响；同时运用气候模式，探讨未来冻土退化对区域气候的可能影响。通过本项目的开展和实施，将进一步探讨青藏高原冻土退化对陆面水热传输及能量通量的影响程度，阐述冻土退化对局地气象因子的影响过程，预测未来冻土退化对区域气候的可能影响，增加全球变化背景下冰冻圈与大气圈相互作用机理的认识。

青藏高原冻土是气候变化的重要指示器，全球变暖背景下高原冻土正在持续退化。冻土状态的改变和冻融特征的变化通过影响地表反照率、土壤热属性、地表蒸发量及植被生长状况，最终导致地表能量和水分的再分配，从而加强其气候效应。本项目运用资料分析和数值模拟相结合的手段，探究了高原冻土变化对陆面能水输送的长期影响，阐释了地表冻融指数、多年冻土面积及冻结强度变化与气候变化的关系，揭示了未来冻土退化对水文过程、生态环境及局地气候的可能影响。主要结论有：（1）1960-2014年，青藏高原中部平均气温明显升高（0.39 ℃/10a），冻结开始日延后（0.91 d/10a），冻结结束日（2.88 d/10a）提前，冻结结束日对气温变暖的响应更为迅速。冻结强、弱年土壤水分相变速率不同引起的热量差使得土壤温湿度的日变化存在明显差异，这种差异随着土壤深度的增加逐渐减小。（2）在气候增暖变湿作用下，1961-2010年青藏高原冻土呈现出了明显的变暖（0.31 ℃/10a）和变湿（0.77 %/10a）趋势，但存在明显的时空差异：上世纪80年代，高原以变暖为主且主要集中在东部区域；90年代起高原开始呈现出明显的变湿趋势，且西部地区增湿过程更为显著。（3）20世纪90年代以前，高原干旱区增湿速度最快（5.17 mm/10a），引起多年冻土冻结期延长，起到冷却作用；90年代后，增湿过程的不均匀性明显增强：干旱区降水量持续增加（6.16 mm/10a），而湿润区降水量则迅速减少（20.10 mm/10a）。干旱区冻土的持续增湿使活动层内消融过程加速，产生了暖化作用，冻土面积减少28 %。湿润区变干趋势则延长了季节性冻土的消融持续时间，起到了冷却作用。未来高原变湿过程的加剧使得降水异常对冻土热状态的影响变得更加重要。（4）区域气候模式模拟结果显示，1987-2018年高原土壤冷季增温速率（0.40 ℃/10a）超过暖季增温速率（0.26 ℃/10a）。气候增暖和增湿过程都与其显著相关。然而，由于土壤冻融状态变化对降水入渗过程的重要影响，相比于增暖过程，气候的显著增湿与高原冻土热状态变化之间的关系更为复杂，需要更深入的研究。