大兴安岭多年冻土区活动层厚度空间分异特征及其影响因素研究

Under the background of climate warming, the thickness of active layer has changed significantly. At the regional scale, the active layer is affected by various factors, especially the land cover. In order to discuss the spatial variation characteristics of the active layer thickness under different land cover in permafrost region of Great Khingan Range, this project takes Mohe City and Huzhong District as typical research areas, on the basis of the original monitoring site of the project team (one borehole and a water and heat monitoring system in Larch forest, Tatou wetland and mixed forest; one borehole in birch forest; and snow characteristic observation system in Larch forest ), supplement the grassland monitoring site, it is planned to build an inversion model of active layer thickness based on five different land cover types and extend it to the entire study area. By means of field investigation, fixed-point observation and model simulation, the thickness, freezing-thawing process and the water and heat difference of active layer under different land cover are compared and analyzed, the spatial differentiation characteristics and influencing factors are explored, and the influencing mechanism of active layer thickness is revealed. The results of this project may provide support for the accurate mapping of the active layer thickness of permafrost in a wide range, and provide scientific guidance for ecosystem protection and permafrost engineering construction after permafrost degradation.

在气候变暖背景下，活动层厚度发生了显著改变。在区域尺度上，活动层受到各种因素的影响，尤其是地表覆被。为了深入探讨大兴安岭多年冻土区不同地表覆被下活动层厚度空间分异特征，本项目以漠河市和呼中区为典型研究区域，在项目组原有监测场地（落叶松林、塔头湿地、混交林各1个钻孔和1套水热监测系统；白桦林1个钻孔；落叶松1套雪特性观测系统）的基础上，补充草地监测场地，基于五种不同地表覆被类型构建活动层厚度反演模型，将其扩展到整个研究区。并通过野外调查、定点观测和模型模拟相结合的手段，对比分析不同地表覆被下活动层厚度、冻融过程及水热差异，探索活动层厚度的空间分异特征及其影响因素，进而揭示活动层厚度变化的影响机制。本项目的研究成果可为大范围的多年冻土活动层厚度精准制图提供支持，并为多年冻土退化后的生态系统保护和冻土工程建设提供科学指导。

本项目以大兴安岭多年冻土区为研究区，基于遥感影像数据、再分析数据、野外实测数据，利用Stefan方程对大兴安岭多年冻土活动层厚度进行估算，对1900-2017年冻土分布状况进行模拟，对近20年来冻融状况进行判别，并阐明其影响因素。研究结果表明：（1）大兴安岭地区多年冻土活动层厚度在58.82-212.55cm。活动层厚度与海拔相关性最高，与夏季平均地表温度、雪深、地表潜热通量、纬度等均具有较强的相关性。除以上自然因素外，人文因素中的距居民点距离与大兴安岭多年冻土活动层厚度也具有较高的相关性，呈显著负相关。（2）1900-2017年东北冻土区多年冻土发生退化，多年冻土南界北移，南部海拔较低地区多年冻土逐渐消失。影响因子与多年冻土分布变化的相关性从高到低分别为：年均雪盖>年均雪深>年均NDVI>年均太阳辐射>年均降水>年均0-7cm土壤水分。年均雪盖、年均雪深和年均NDVI对多年冻土分布变化的方差贡献占六类影响因素总方差贡献的88.3%。空间相关分析结果显示，积雪和植被对多年冻土分布的影响最为显著，NDVI显著上升区域及雪深雪盖显著降低区域与多年冻土显著退化区域基本一致。（3）土壤冻结天数呈现出北部高于南部，东部高于西部，气温、纬度、太阳辐射量和雪盖对土壤冻结天数空间分布的影响较大。冻结天数高值区可达到180天以上，分布范围为研究区最北部以及大兴安岭沿线地区，所占面积有减小的趋势。冻结天数主要集中在90-180天范围内，占东北冻土区面积的70%以上，分布范围主要集中在大小兴安岭、三江平原、松嫩平原、呼伦贝尔高原以及长白山区域。土壤冻结天数低值区集中在90天以内，分布范围为辽东半岛、辽河平原以及研究区西南部的内蒙古高原。本项目丰富了大兴安岭多年冻土区的研究成果，可为相关研究提供基础数据和参考。