基于时频域分析青藏高原高寒生态系统下冻土特征及其对气候变化响应

Climate change-alpine ecosystems-permafrost are interdependence, mutual influence and coordinated development. Fully grasping the complex relationships among the three has important significance for global change research. However, the study of relationships among the three has still a lot of deficiencies, which need to be more in-depth study from different analyzing perspectives, to dig out more useful information. In this study, based on the time-frequency domain, permafrost temperatures as well as the five climatic factors, air temperature, precipitation, wind speed, downward longwave radiation, and downward shortwave radiation will be analyzed using wavelet transformation analysis method in different alpine ecosystems, Qinghai-Xizang Plateau. The variation characteristics of permafrost in different alpine ecosystems will be obtained, and different responses of permafrost to different alpine ecosystems will be observed in the time-frequency domain. Furthermore, according to phase relation between permafrost temperature and various climate factors, the lag time of the response of permafrost to climate change and the control function of ecosystems can be determined, as well as the contribution of each climatic factors on the change of permafrost will be calculated in the time-frequency domain. On this base, response mechanism of permafrost to climate change will be revealed in different alpine ecosystems. And driver response model of permafrost to climate change will be built up, the model will be applied to other permafrost monitoring sites.

气候变化-高寒生态系统-多年冻土之间相互依存、彼此影响、协同发展，全面掌握三者间复杂关系对全球变化的研究具有重要意义，然而目前对其的研究依然存在很多的不足，需要进一步从不同分析角度对其进行深入研究，以其挖掘出更多有用信息。本研究从时频域角度出发，采用小波变换分析方法对青藏高原不同高寒生态系统下多年冻土温度时间序列，以及气温、降水、风速、向下长波和短波辐射的气候因子时间序列数据进行分析，掌握不同生态系统下多年冻土在时频域上的变化特征，揭示出多年冻土对不同高寒草地生态系统响应的差异特征；依据多年冻土温度和各个气候因子在时频域上的位相关系，确定多年冻土对气候变化响应的滞后时间和生态系统的控制作用，以及各个气候因子对多年冻土变化的贡献，揭示青藏高原多年冻土对气候变化的响应机理；最后建立多年冻土对气候变化的驱动响应模型，并把该模型应用到其他多年冻土观测场地。

全面掌握气候变化-高寒生态系统-多年冻土之间复杂关系对全球变化的研究具有重要意义，本项目从时频域角度揭示了三者间关系，主要研究结果：1）获取了青藏高原高寒草甸生态系统、高寒草原生态系统、荒漠生态系统和沙化草原生态系统的高精度无人机遥感影像；2）在时频域上对青藏高原这四种不同生态系统下多年冻土温度时间序列和气温、降水、风速、向下短波辐射的气候因子时间序列进行分析，掌握了不同生态系统下多年冻土在多年冻土上限以上、附近和以下演变规律不同；3）揭示出不同高寒生态系统对对年冻土具有不同控制作用，高寒草甸生态系统对其下土体的保护作用最显著、但控制的深度相对较浅，高寒草原次之，荒漠最小，但高寒草原、沙化草原、荒漠生态系统对其下土体的控制深度相对较深；4）掌握了不同生态系统下多年冻土对气候变化响应机理，在冻土上限以上，受地表高寒生态系统的影响，多年冻土对气候响应较弱，除年平均气温对高寒草甸生态系统下多年冻土变化的贡献最大外，年降水量对多年冻土变化具有最大的贡献，在冻土上限以下，多年冻土的演变主要受到气候变化的控制，向下短波辐射对多年冻土的变化贡献最大；5）构建了基于气象因子的多年冻土温度模型，其为精确的模拟和预测冻土温度变化提供了新方法。