青藏高原东北部钻孔温度反演过去气候变化研究

Surface temperature changes will be conducted down into the ground and thus affect the ground temperature changes. Ground temperature data can be accurately measured by drilling borehole, and be analyzed to reconstruct ground surface temperature history through borehole paleothermometry. This project plans to use inverse theory of heat conduction equation boundary value problem to improve and also propose a new drilling temperature method to improve the accuracy of borehole paleothermometry. According to the characteristics of permafrost, we provide a more suitable heat transfer model with phase change and the corresponding borehole Paleothermometry. Further we collect the in-situ borehole temperature data of deep boreholes in northeastern of Qinghai-Tibet Plateau and the core lithology data, compare and selected the appropriate borehole paleothermometry to analyze the past climate change history of the drilling site of northeastern plateau. This study is proposed to understand the history of climate change of the northeastern Qinghai-Tibet Plateau, and to provide the research basic for the study of climate change and its causes in the Qinghai-Tibet Plateau. Also this study has scientific significance to accurately assess and forecast the future climate change in the Qinghai-Tibet Plateau and to propose adaptive policies.

地球表层温度变化会向地下转播进而影响地温变化，地温数据可以通过钻孔进行准确的测量，因而通过对地温测量结果的分析反演，可以重建地表温度变化历史。本项目计划利用热传导方程反边界值理论改进并提出新的钻孔温度方法以提高反演精确度。根据多年冻土的变化特征，提出适用于多年冻土区的相变地温模型及相应的钻孔温度反演方法。进一步，利用青藏高原东北部多个深钻孔原位地温监测数据和该钻孔岩芯岩性资料，比较选取适宜的钻孔温度反演方法，分析研究钻孔地温变化，从而重建出高原东北部各钻孔点区域气候变化的历史过程。通过本研究我们将了解青藏高原东北部气候变化历史，为探讨青藏高原气候变化及其原因提供参考，对于准确评估与预测青藏高原未来气候变化，提出适应性对策具有重要科学意义。

地中热流和地表气候变化共同作用导致地温场变化，通过钻孔并对地温进行观测和分析，可以重建地表温度变化长期趋势。本项目利用青藏高原多年冻土图区域深钻孔温度数据和岩芯岩性资料反演研究点过去地表温度变化趋势。首先，利用热传导方程反边界值理论改进的Tikhonov方法以及基本解钻孔温度方法以提高反演精确度。对钻孔温度重建过去地表温度变化的热传导反问题提出改进的Tikhonov方法。基于过去地表温度变化和近期钻孔地温剖面间的物理联系，在对问题参数化后我们利用Tikhonov正则化方法来重建过去地表气候变化。此方法是基于奇异值分解（SVD）方法之上的，具有相同的参数化，都将问题转化为求解不适定的矩阵方程，并通过数值例子模拟地表升温和复杂气候事件来验证方法有效性以及与奇异值分解方法相比的改进效果。重建的地表温度及相关不确定性分析表明Tikhonov方法可较好地重建地表温度，并且改进方法可成功压制噪音导致的不稳定性得到更平滑的地表温度变化。进一步，利用青藏高原东北部多个深钻孔原位地温监测数据和该钻孔岩芯岩性资料，比较选取适宜的钻孔温度反演方法，分析研究钻孔地温变化，从而重建出高原东北部各钻孔点区域气候变化的历史过程。通过本研究我们将了解青藏高原东北部气候变化历史，为探讨青藏高原气候变化及其原因提供参考，对于准确评估与预测青藏高原未来气候变化，提出适应性对策具有重要科学意义。