基于多模式结果的青藏高原冻土与区域气候变化关系研究

The permafrost is an important factor forcing the land processes. The plateau permafrost is a sensitive indicator for the regional climate change in China. The soil freezing/melting processes directly involve in the land surface water and energy exchanges, and play an important role in the changes of local weather and climate. While the fact that the degrading of permafrost on the Tibetan Plateau is concerning with the regional climate change is clear, the extent and rate of the process is highly debated. It is far to detailed understanding of the interaction between the permafrost and the regional climate change. This project proposal will make use the permafrost distribution map of the Tibetan Plateau and the observational data to test and improve the results of dynamical experiments from CMIP5(the coupled models intercomparison project phase 5) models. The variation of the present and future permafrost distribution and the active layer thickness on the plateau will also be analyzed. The impact of soil freezing/melting processes to budget of surface water and heat and regional climate change is another mission. The study help us understand the influence of the plateau permafrost to regional climate change and water and energy exchanges.

冻土是陆面重要的强迫因子，高原多年冻土是我国区域气候变化的敏感指示器。土壤冻融过程直接参与能量与水分循环，并对局地天气和气候变化起至关重要的作用。青藏高原冻土退化的事实与区域气候变化互为因果，但退化速度和程度存在很大争议，对冻土与区域气候变化的相互作用关系缺乏细致理解。本项目利用高原冻土分布图、测站实测资料对CMIP5(第五次耦合模式比较计划)多模式动力试验结果检验订正，开展青藏高原冻土分布、活动层厚度及未来变化趋势研究、土壤冻融过程对地表能水交换和区域气候变化的影响研究。通过项目的开展与实施，进一步揭示高原冻土对区域气候变化的响应及其对地表能水交换的影响。

冻土是陆面重要的强迫因子。土壤冻融过程对局地能量与水分循环有重要影响，进而对天气气候变化起到至关重要的作用。为了详细和客观了解多年冻土的变化及其作用，利用CMIP5多模式模拟结果，结合青藏高原冻土图、观测数据和再分析资料等，评估了模式对当前(1986-2005年)青藏高原冻土的模拟能力，预估了未来不同典型浓度路径(RCPs)情景下高原地表层多年冻土的可能变化。结果表明：CMIP5耦合模式对青藏高原冻土有一定的模拟能力，采用地面冻结指数模型(SFI)和 Kudryavtsev方法(KUD)计算的当前地表层多年冻土分布与青藏高原冻土图有较好的吻合，KUD方法计算的多年冻土面积大于SFI方法，SFI计算的青藏高原当前多年冻土面积为127.5×104 km2，在以往研究多年冻土面积值的范围内（111.8–150.0×104 km2）。多模式集合预估结果显示，青藏高原地表层多年冻土呈现区域性退化趋势，高原东部、南部及北部边缘地区冻土带退化较为明显，有从外围向西北部逐步退化的趋势。RCP2.6和RCP8.5情景下，未来20年SFI方法计算的多年冻土面积分别减少约13.3×104 km2 (9.7%)、14.6×104 km2 (10.5%)，未来50年分别减少约为36.7×104 km2 (26.6%) 和 45.7×104 km2 (32.7%)。CMIP5各模式多年冻土面积变化与近地面气温呈较好的线性关系。另外，地表径流减少，次表层径流增加，这与降水和蒸散量的差值有关。多年冻土退化导致地面冰含量含量减少，更多的水渗透到深层土壤，引起了径流的重新分配。本研究项目的开展与实施，对揭示青藏高原地区冻土对气候变暖的响应程度、预测冻土变化及其对地表能水交换的影响具有重要的科学意义。