青藏高原多年冻土升温退化机理的分析与模拟研究

Recently studies illustrated that there is a near-universal warming of permafrost in the past several decades. These research results also show that there is large difference in the change magnitudes of permafrost according to the difference in permafrost thermal regime. However, because of the accuracy and continuity of the observation data, few work was carried out to study on the relationship between the change of thermal properties and the adjustments of permafrost temperature at different depths, the relationship between the change in active layer and the change in permafrost, as well as the relationship between the adjustments of permafrost temperature and the degradation trend of permafrost. During last two decades, a permafrost observation network was set up on the Qinghai-Tibet Plateau. In this study, We will use the accurate and continuous data that obtained on the Qinghai-Tibet Plateau to analyze the characteristics of the permafrost thermal regime and the change trend of the permafrost at different sites with different temperature; we will discuss some important thermal properties such as the thermal diffusivity, temperature gradient and the depths of zero annual amplitude of ground temperature; We will analyze the causal relationship between permafrost thermal conditions and the degradation trend of permafrost through theoretical and numerical analyses. The aim of this study is to analyze how the permafrost thermal regime has been adjusted to the change of soil temperature and what factors influence this adjustment.

大量的监测事实表明，多年冻土所处的温度条件及由此导致的岩土热物理性能差异制约着多年冻土对气候变暖的响应方式。然而，由于早期冻土地温监测手段和数据精度的限制，对冻土内部热物理参数和不同深度地温的变化过程、这些变化与活动层水热以及冻土厚度变化之间的相互影响机理、冻土内部热状况调整与冻土退化方式之间关联性等方面的研究相对较少。本研究试图利用近年来青藏高原多年冻土区积累的大量高精度连续监测资料，以处于不同温度条件的多年冻土为研究对象，分析统计冻土基本的热状况特征参数，如地温年变化深度、岩土热扩散率、地温梯度等的变化范围及随地温变化而调整的规律；并对冻土基本的热物理参数进行修正，构建一维垂直方向针对冻土地温变化的数值模型，开展气候变暖背景下多年冻土内部不同深度热状况随时间的变化过程、不同温度条件的多年冻土自上而下和自下而上的退化幅度等的模拟分析，揭示多年冻土升温、退化的基本规律和趋势。

多年冻土环境是制约青藏高原地区各类工程建设和生态环境保护的关键环境因素，随着气候的变暖，开展青藏高原多年冻土变化趋势的研究有重要的意义。由于早期冻土地温监测手段和数据精度的限制，对冻土内部热物理参数和不同深度地温的变化过程、这些变化与活动层水热以及冻土厚度变化之间的相互影响机理、冻土内部热状况调整与冻土退化方式之间关联性等方面的研究相对较少。本研究试图利用近年来青藏高原多年冻土区积累的大量高精度连续监测资料，以处于不同温度条件的多年冻土为研究对象，分析统计冻土基本的热状况特征参数，如地温年变化深度、岩土热扩散率、地温梯度等的变化范围及随地温变化而调整的规律；并对冻土基本的热物理参数进行修正，构建一维垂直方向针对冻土地温变化的数值模型，开展气候变暖背景下多年冻土内部不同深度热状况随时间的变化过程、不同温度条件的多年冻土自上而下和自下而上的退化幅度等的模拟分析，揭示多年冻土升温、退化的基本规律和趋势。本课题在四年的执行期内，建设完成了可可西里地区卓乃湖-盐湖区多年冻土快速变化的监测试验场，钻取了8个监测试验孔，布设了一处活动层水热监测点。按计划书拟定的任务完成了高原地区多年冻土地温和活动层水热变化方面的长期监测资料的收集和分析，完成了分析模拟多年冻土变化的数值模型构建，开展了典型地区多年冻土变化的模拟试验。针对可可西里地区和西大滩地区的数值模拟研究揭示了多年冻土温度和岩土水分含量对冻土升温退化过程的影响机理，取得了很好的模拟效果。课题执行期间，项目组成员以第一作者或者共同作者发表了18篇论文，其中SCI收录期刊论文12篇，核心期刊论文5篇。基于监测研究资料，向国家有关部门提交了份咨询报告，为开展区域生态环境保护和可可西里盐湖水患治理工作做出了重要贡献。