基于多套再分析资料和CLM4.5模式研究北半球多年冻土年代际变化及其成因

Severe permafrost thawing can significantly affect hydrology and water resources, ecosystems, human engineering facilities, and climate change. In this case, what is the degree of thaw in permafrost in the Northern Hemisphere during the recent decades? What are the changes in permafrost area, active layer thickness and the near-surface soil freeze/thaw cycle? To answer these questions is of great importance in understanding ecological environment change as well as guiding the construction and maintenance of frozen ground engineering infrastructures in the Northern Hemisphere. But these questions have not been fully assessed and quantified on the regional and interdecadal scale. Therefore, this project will first correct the precipitation in four reanalysis data, and then use these data, combined with the Community Land Model version 4.5 and soil temperature observations, explore interdecadal change and its cause in permafrost and the near-surface soil freeze/thaw cycle, as well as sensitivity of permafrost to meteorological elements (e.g., air temperature and precipitation) in the Northern Hemisphere, on the regional scale. These works will be useful for studying the laws governing the response of permafrost to climate change and frozen ground engineering stabilization in the Northern Hemisphere.

大范围和长期持续的多年冻土消融对水文水资源、生态系统、人类工程设施以及气候变化均有重大影响。那么在近几十年全球气候显著变暖的背景下，北半球多年冻土消融的实际程度如何？多年冻土面积、活动层厚度及近地表土壤冻融循环如何变化？在区域和年代际尺度上充分地澄清这些问题不仅具有指导冻土工程设施建设和维护的现实意义，而且在理解北半球生态环境和气候变化方面具有重要的科学意义。但是目前还没有在区域和年代际尺度上对这些问题进行充分地评估和量化。因此，本项目计划在校正四套再分析资料中降水的基础上，利用这些资料结合最新版本通用陆面模式和土壤温度观测资料，在区域尺度上对近几十年北半球多年冻土的年代际变化，近地表土壤冻融循环的年代际变化及其成因，以及多年冻土对气温、降水等气象要素变化的敏感性展开系统地模拟研究，为研究多年冻土对气候变化的响应规律以及冻土工程稳定性提供依据。

大范围和长期持续的多年冻土消融对水文水资源、生态系统、人类工程设施以及气候变化均有重大影响。那么在近几十年全球气候显著变暖的背景下，北半球多年冻土消融的实际程度如何？多年冻土面积、活动层厚度及近地表土壤冻融循环如何变化？目前还没有在区域和年代际尺度上对这些问题进行充分地评估和量化。本项目利用四套再分析资料结合最新版本通用陆面模式和土壤温度观测资料，在区域尺度上对近几十年北半球多年冻土的年代际变化，近地表土壤冻融循环的年代际变化及其成因，以及多年冻土变化对不同大气强迫资料的敏感性进行了系统地模拟研究。结果显示，（1）1901–2010（1979–2010）年，近地表多年冻土面积减小速度为0.06（0.62）× 106平方千米/10年，活动层厚度增加率为0.009（0.071）米/10年；（2）1901–2010年高海拔多年冻土比高纬度多年冻土消融更快。就不同国家而言，中国的多年冻土消融最快，接着是阿拉斯加、俄罗斯和加拿大。多年冻土退化速度的区域差异主要与不同区域多年冻土对气温增加的敏感性有关；（3）1979–2009年模拟的面积平均冻结历时缩短了8.03天，主要与春、秋季升温有关；（4）不同强迫资料产生了较明显的冻土变化（1979–2010年）不确定性范围（多年冻土面积为–5.8% ~ –9.0%；活动层厚度为9.9% ~ 20.2%）。这些结果为研究多年冻土对气候变化的响应规律以及冻土工程稳定性提供依据。