我站青藏高原多年冻土空间分布变化模拟和预估取得新进展

2021-04-01 发布 shijz

气候变化背景下,青藏高原高海拔多年冻土发生了一系列变化,包括:年平均地温(MAGT)上升,活动层厚度(ALT)增厚,多年冻土厚度减薄和多年冻土范围减少等现象。多年冻土退化不仅对寒区生态环境造成破坏,同时还会对地下水动态过程产生显著影响。全面了解青藏高原多年冻土发生的变化,包括年平均地温(MAGT)和活动层厚度(ALT)的变化,对高原生态以及寒区工程设施的安全运营具有重要意义(Ni等.,2020)。

近年来,随着新技术和新学科的发展,统计和机器学习等方法被越来越多的应用于地学研究。基于此,吴通华研究员及课题组成员利用统计和机器学习相结合的方法模拟并预估了青藏高原多年冻土区当前以及未来情景下的年平均地温(MAGT)和活动层厚度(ALT)的变化。该方法的优点是对输入数据要求低,结合当前比较容易获取的气象因子以及地理环境因子便可以快速获取青藏高原多年冻土区的热状况以及活动层厚度信息。通过与原位观测数据对比验证,表明该方法对MAGT和ALT的模拟结果是可靠的,其均方根误差分别为0.53°C和0.69 m。结果发现,以MAGT<0℃为多年冻土的判断标准,当前(2000-2015)青藏高原多年冻土面积约为1.04×106 km2,考虑到地温数据的异质性和不确定性,高原多年冻土最大面积为1.28×106 km2,最小为0.8×106 km2。多年冻土区平均MAGT和ALT值分别为-1.35±0.42℃和2.3±0.60m(图1和图2)。根据冻土稳定性分类体系,青藏高原37.3%的多年冻土正处在消失的边缘。

未来(2061-2080年)不同RCPs情景下,青藏高原多年冻土面积(地表10m以内)将会发生显著减少(图3),尤其是在RCP8.5情景下,地表多年冻土面积将减少到现有面积的42%。其中,在RCP2.6情景下,多年冻土区MAGT将从-1.35℃(2000-2015年)增加到-0.66℃,在RCP8.5情景下进一步增加到0.25℃。ALT预计将从当前状况的2.3 m(2000-2015年)增加到2.7 m(RCP8.5)。总体而言,青藏高原多年冻土区的MAGT和ALT的未来变化是显著的,而且区域差异明显。

上述研究受到国家自然科学基金面上项目(41690142,41771076,41961144021,42071093)和中科院“西部之光”项目等的资助。该成果目前发表在Journal of Geophysical Research: Atmospheres期刊上。

图1 青藏高原多年冻土区年平均地温(MAGT)的空间分布特征

图2 青藏高原多年冻土区活动层厚度(ALT)的空间分布特征

图3 预估不同RCPs(2.6、4.5和8.5)下青藏高原多年冻土区年平均地温和活动层厚度的空间变化格局

相关论文:Ni Jie, Wu Tonghua*, Zhu Xiaofan, et al. Simulation of the present and future projection of permafrost on the Qinghai-Tibet Plateau with statistical and machine learning models. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2021, 126(2): e2020JD033402.

原文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020JD033402

图文:倪杰;​审核:吴通华