吉林省季节冻土冻结深度变化及对气候的响应

为了掌握季节冻土冻结深度的变化对气候的响应,利用1961-2015年吉林省46个气象站的逐日平均气温、地表温度、积雪深度、冻土冻结深度等数据,采用线性倾向估计、突变分析等方法,研究了吉林省季节冻土冻结深度的时空演变规律及其与气温、积雪的关系。结果表明：吉林省季节冻土最大冻结深度呈由西向东逐渐减小的空间分布特征,绝大多数站最大冻结深度呈减小趋势。基本上在10月开始冻结,次年3月达到最深,6月完全融化。西部冻土冻结深度变幅较大,其次是中部,东部最小。1961-2015年季节冻土最大冻结深度以-5.8 cm·（10a）^-1的速率显著减小（P<0.01）。最大冻结深度基本上呈逐年代减小的趋势,从20世纪90年代开始,最大冻结深度明显减小。最大冻结深度在1987年发生了突变,突变后平均最大冻结深度比突变前平均最大冻结深度减小了22.2 cm。通过分析气温和积雪深度对冻结深度的影响,认为冻土冻结深度对气温变化较为敏感,绝大多数站最大冻结深度与平均气温呈负相关关系。在年际变化上,气温的上升是最大冻结深度减小的主要原因。在季节冻土稳定冻结期,积雪深度超过10 cm,保温作用逐渐变强;当积雪深度达到20 cm时,保温作用显著,冻土冻结深度变浅。     

新疆伊犁地区季节冻土沿海拔的分布规律及其影响因素

基于2000 - 2014年新疆伊犁地区不同海拔区域观测的冻融期内的冻土、 积雪和气象数据, 应用相关性分析和回归分析方法, 分析该地区季节冻土沿海拔的分布规律, 以及气温、 积雪对季节冻土特征的影响。结果表明： 伊犁地区表层土壤存在着每年11月份开始结冻, 于次年4月份完全融化的周期性变化。每个周期内土壤冻结时长随海拔以4 d·（100m）^-1的趋势增加, 土壤最大冻结深度随海拔以3.9 cm·（100m）^-1的趋势增加。土壤冻结时长与冻结期的平均气温具有显著负相关关系, 相关系数为-0.98（P<0.05）。土壤冻结日数与积雪覆盖历时呈正相关关系, 土壤的最大冻结深度与最大雪深呈负相关关系。随着海拔升高, 温度递减, 导致伊犁地区土壤最大冻结深度和土壤冻结日数整体呈现增加趋势。但在海拔相对较高的地区, 由于相对较厚积雪的影响, 出现土壤最大冻结深度随海拔升高而减小的反常现象。研究结果可为新疆伊犁地区季节冻土的分布对气候变化的响应研究提供支持, 帮助研究区域生态规划和水资源管理, 为农业发展制定适应气候变化对策。     

1961—2019年三江源地区季节冻土冻融状态时空变化及影响因素研究

季节冻土是气候变化的重要指示器,对区域气候变化具有重要的表征作用。本文利用青海省三江源地区20个位于季节冻土区的气象观测站点数据,通过计算最大冻结深度、冻结开始日期、完全融化日期和冻融期4个指标,分析了1961—2019年期间三江源地区季节冻土冻融状态时空变化特征;并通过计算空气冻结、融化指数及其变化趋势,结合地理因子(海拔、经度和纬度)和气候因子(气温、降水和雪深)评估了三江源地区季节冻土最大冻结深度与冻融状态的影响因素。结果表明：三江源地区季节冻土最大冻结深度为64.7～214.1 cm,冻结开始日期为9月初—10月底,完全融化日期为3月下旬—6月底,冻融期为144.7～288.4 d;1961—2019年期间三江源地区季节冻土最大冻结深度呈显著减小趋势[2.5 cm·(10a)^-1],冻结开始日期显著推迟[2.9 d·(10a)^-1],完全融化日期显著提前[2.6 d·(10a)^-1],冻融期显著缩短[5.5 d·(10a)^-1];三江源地区季节冻土冻融状态变化主要受温度变化的影响,表现为冷季...     

1990-2014年西藏季节冻土最大冻结深度的时空变化

最大冻结深度是季节冻土变化的主要指标,也是季节冻土地区工程设计、建设、运营的重要参数。通过斯蒂芬（Stefan）方法计算了1990-2014年西藏地区季节冻土的最大冻结深度,分析了其时空变化特征,结果表明：近25 a西藏地区季节冻土最大冻结深度在空间分布具有垂直分带性、纬度地带性和区域性等规律,基本上呈自西北向东南方向递减的空间分布特征;时间上,在全球气候变暖的背景下,最大冻结深度基本呈逐年减薄的特征。西藏地区季节冻土最大冻结深度与年平均气温和年降水量呈现负相关,随着年平均气温和年降水量的上升,最大冻结深度呈减小的趋势,且最大冻结深度对年平均气温的响应比对年降水量的响应显著。     

东北地区地温和冻结深度时空特征的细化分析

根据东北地区144个国家气象站1951—2016年的地温和土壤冻结深度资料,采用实测资料统计及统计建模推算的方法,对东北地区地温和冻结深度时空特征进行了细化分析。结果表明：东北地区地温整体由南到北逐渐降低,冻结深度逐渐增大。各层年平均地温呈向北2个纬度降低1 ℃左右,年平均最大冻结深度为向北2~3个纬度加深30 cm左右,极端最大冻结深度为向北2个纬度加深30 cm左右。地温和冻结深度与纬度关系显著,与经度和海拔也有一定相关性,但在东北北部的多年冻土区基本不受后两者影响。不同深度的地温季节特征不同,地表温度季节特征与气温一致,160 cm以下深度四季温度从高到低为秋、夏、冬、春。地表夏季与冬季温差达到33.5 ℃,而320 cm深处最热季与最冷季的温差仅为7 ℃。气候变暖使得东北地区各层地温升高、冻结深度减小、冻结期缩短,尤其在多年冻土区及其临近的高纬度季节冻土区更为显著。相对于下层土壤,地表升温最大。伊春地表升温趋势达到1.16 ℃?（10a）^-1,40~320 cm土层升温趋势为0.60 ℃?（10a）^-1左右,冻结深度减小、冻结期缩短趋势分别达到 23 cm?（10a）^-1、8 d?（10a）^-1,大幅升温不利于多年冻土的存在。     

气候变暖背景下青海三江源区季节冻土冻融特征研究北大核心CSCD

青海三江源区是全球气候变化的敏感区和生态环境脆弱区,目前正面临着冻土退化的问题。本研究基于三江源区18个国家气象站1961—2021年气象观测资料,对气候变暖前后季节冻土冻融特征进行对比分析。结果表明:三江源区年平均气温为-0.34℃,呈东高西低分布,总体以0.38℃·(10a)^(-1)的速率上升,并在1997年发生突变,突变后气温显著升高。平均年最大季节冻结深度为142.5 cm,自西北向东南减小,总体以2.4 cm·(10a)^(-1)速率退化,与变暖前相比减少了11 cm。平均地表冻结初日为10月24日,以1.0 d·(10a)^(-1)速率推迟,平均地表冻结终日为5月18日,以3.3 d·(10a)^(-1)速率提前,与变暖前相比,地表冻结终日提前了12 d,地表冻结初日推迟了14 d。季节冻土平均冻结时间为133.9 d,呈西高东低分布,总体以1.9 d·(10a)^(-1)速率减少,与变暖前相比减少了8.8 d。年最大冻结深度及冻结时间分别在2004年和2002年发生突变,相比气温均有一定滞后。这说明,季节冻土在受气温变化影响同时,还受地形、人类活动等其他因素影响。该研究揭示了三江源区季节冻土冻结作用弱化的现象,研究成果可为应对气候变化、工程建设等提供参考。     

祁连山黑河中上游季节冻土年际变化特征分析

研究祁连山黑河中上游地区季节冻土的变化特征,对合理预测该区气候变化有重要的指导意义.利用1994—2009年祁连山黑河中上游地区3个气象站常年监测的冻土资料及气象资料,对黑河中上游地区的温度变化、季节冻土最大冻结深度年变化、年平均气温与年冻土最大冻结深度的关系、季节冻土的年冻结与消融规律等内容进行了分析.结果表明：气温...     

未来气候情景下长江上游区域积雪时空变化分析——基于CMIP5多模式集合数据

基于21个CMIP5全球气候模式集合数据,耦合VIC模型,预估了未来30年（2011-2040年）RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5 三个情景下长江上游区域积雪的时空变化。结果表明:与基准期1970-1999年相比,长江上游区域未来30年的多年平均气温和各月平均气温都将升高1~2℃,其中冬季和春季升温较大;平均年降水量将增加3%~4%,但秋、冬季降水有所减小。未来30年平均积雪深相对于基准期将减小37.8%左右,在积雪过程中达到最大积雪深的时间与基准期基本相同,而融雪开始的时间略有延后;从空间变化来看,冬季（1月份）长江上游区域大部分地区的积雪深都呈现减小趋势,部分地区积雪深减小超过了50%。     

西藏自治区季节冻土区最大冻结深度及动态变化特征研究

利用西藏29个基准(基本)观测站1990-2014年逐日0cm地温资料,采用回归统计、斯蒂芬法等方法进行研究,基本查明西藏地区近25年间逐年最大冻结深度的变化情况。西藏地区最大冻结深度空间分布,西北靠多年冻土地区以及高山地区大于东南中低山谷地区;最大冻结深度呈从西北向东南方向递减的分布特征。最大冻结深度年变化率呈现出逐年变浅趋势,靠多年冻土区在个别低温年份冻结深度会明显增加。研究表明,除昌都市的最大冻结深度与年降水量呈现正相关外,其他地区最大冻结深度与年平均气温,年降水量基本呈负相关。年最大冻结深度与年平均气温的相关性,高于与年降水量的相关性。最大冻结深度减薄趋势反映与年平均气温和年降水量升高相关,最大冻结深度与年平均气温的相关性较与年降水量相关性显著。     

1850—2100年北极阿拉斯加地区最大河冰厚度时空变化特征

在极地放大效应的影响下,北极气温以较全球平均更快的速度变暖,从而导致了北极冰冻圈系统的剧烈变化。河冰是北极冰冻圈系统的重要组成部分,是气候变化的敏感指示器,同时影响当地的生态、水文和多年冻土等。本研究利用Stefan方程,使用实测河冰厚度数据、CMIP6历史实验数据和四个未来情景(SSP126、SSP245、SSP370和SSP585)的1850—2100年近地表日气温数据,建立了阿拉斯加地区1850—2100年最大河冰厚度,并分析其时空变化特征。研究表明：阿拉斯加地区多年平均最大河冰厚度呈现南薄北厚的特点;在东西方向上,1850—2000年的平均最大冰厚呈现东薄西厚的特点,但未来100年在东西方向上无显著差异(P<0.05)。1850—2100年阿拉斯加地区最大河冰厚度整体上呈显著下降趋势。其中,1850—2014年下降速率为(-0.72±0.25) cm·(10a)^-1(P<0.05);随着社会脆弱性的加剧和辐射强迫的增强,2015—2100年阿拉斯加地区河冰减薄的速度明显增大,在SSP126、SSP245、SSP370和SSP585情景下分别为(...     

青藏高原季节冻土的气候学特征

青藏高原季节最大冻土深度变化特征是研究寒区陆面过程的重要方面. 利用青藏高原地区35个地面站1961-1998年最大冻土深度的观测资料及5 cm土壤温度资料, 分析了青藏高原地区土壤季节最大冻结深度时空变化特征. 结果显示: 青藏高原土壤季节最大冻结深度度呈现明显的变化规律, 20世纪60年代至80年代中期土壤季节最大冻结深度相对处于一个增大期, 80年代中期至今土壤季节最大冻结深度在减小. 冻结期间5 cm土壤累积负温距平指标能够较好的描述土壤季节最大冻结深度变化特征, 土壤季节最大冻结深度也是高原地区地面热源强度一个较好的表征参数.     

基于CMIP6模式的黄河上游地区未来气温模拟预估

利用第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）提供的5个气候模式,并结合基于地面气象站的CN05.1气象资料,评估了CMIP6模式对黄河上游地区1961—2014年气温变化的模拟能力。基于7个共享社会经济路径及代表性浓度路径（SSP-RCP）组合情景,结合多模式集合平均预估了2015—2100年黄河上游地区年均气温和季平均气温的时空变化规律。结果表明：多模式集合平均能较好地模拟黄河上游地区历史平均气温的空间分布格局与年变化。7个未来情景一致表明,2015—2100年黄河上游地区年平均气温呈现波动上升趋势［0.03～0.82 ℃?（10a）^-1］。其中,低辐射强迫情景下（SSP1-1.9、SSP1-2.6及SSP4-3.4）气温先呈现增加趋势,21世纪中期到达增幅峰值,之后增温呈现放缓趋势;而中、高辐射强迫情景下（SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP4-6.0及SSP5-8.5）气温表现为持续上升态势。空间上,未来气温增幅显著的区域位于黄河上游西部地区;时间上,呈现夏季增温快,春季增温慢。四季增温的空间分布呈现出一致特征,表现为西部增温强于东部,北部增温强于南部。研究结果可为黄河流域水资源管理及气候变化的适应性研究提供科学依据。     

基于CMIP6气候模式的新疆积雪深度时空格局研究

积雪深度的变化对地表水热平衡起着至关重要的作用。选用了国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）中目前情景比较齐全的五个全球气候模式,通过对比新疆地区1979—2014年积雪深度长时间序列数据集,评估了气候模式在新疆地区模拟积雪深度的模拟能力,接着预估了未来不同SSPs-RCPs情景下新疆地区在2021—2040年（近期）、2041—2060年（中期）、2081—2100年（末期）相对于基准期（1995—2014年）的积雪深度变化。气温和降水对积雪深度变化有着重要的影响,因此还分析了新疆地区到21世纪末期气温和降水的变化趋势。结果表明：订正后的气候模式模拟的积雪深度数据与观测数据的相关系数均达到0.8以上,其中1月至3月与观测数据的结果更为吻合。气候模式基本上能够反映积雪深度年内变化的基本特征,气候模式模拟的积雪深度空间分布和观测数据具有相似的特征。气温和降水在未来不同情景下均会波动上升,其中气温的增幅相对比较明显,达0.43 ℃·（10a）^-1,而降水的增幅为0.63 mm·（10a）^-1,新疆未来的气候总体上呈现出变暖变湿的趋势。新疆地区的平均积雪深度在未来不同时期相对基准期均呈增加的趋势。SSP1-1.9情景下,21世纪近期、中期和末期北部大部分地区的积雪深度将会有所增加;SSP1-2.6情景下,北部阿尔泰山地区的积雪深度在21世纪近期有所减小,但中期和末期将会有所增加;SSP2-4.5情景下,21世纪不同时期东部地区的积雪深度将会有所增加,北部和中部大部分地区在不同时期积雪深度将会变小;SSP3-7.0情景下,21世纪不同时期北部和西南地区的积雪深度将会普遍变小,东部地区的积雪深度将普遍增加;SSP4-3.4和SSP4-6.0情景下,21世纪不同时期西南昆仑山地区的积雪深度将会普遍变小,东部地区的积雪深度将普遍增加;SSP5-8.5情景下,北部阿尔泰山地区和东部地区的积雪深度将普遍增加。     

高寒山区季节冻土冻融特征参数变化及其影响因素——以天山南坡为例

季节冻土在高寒山区广泛分布,其冻融过程会对水文水资源和生态环境产生深刻影响。研究气候变化背景下高寒山区季节冻土冻融特征参数变化及影响机理,可为高寒山区水资源管理和生态保护提供科学依据。本文选择天山南坡作为研究区,基于13个气象站点1958年以来季节冻土冻融参数(最大冻深、冻结期、始冻日、解冻日)、气温、地表温度、降雨和积雪等数据,使用空间分析和多元线性回归统计等方法对冻融参数的时空变化特征进行分析,量化不同气候因素对季节冻土冻融变化的影响权重。结果表明,季节冻土最大冻深在(48.5±11.4)～(96.8±8.5) cm之间,冻结天数在(102±10)～(141±14) d之间,多年平均始冻日在11月7日至19日之间,多年平均解冻日在3月1日至28日之间。1950年代至2010年代期间,始冻日逐渐推迟,解冻日逐渐提前,冻结天数缩短。空间分布上,最大冻深有“海拔高,最大冻深大”的规律;空间变化趋势上,最大冻深在研究区中部显著增加;冻结天数在研究区内大范围显著缩短。季节冻土冻融变化与气温相关性最强,温度(气温和地表温度)是季节冻土冻融变化的主导因子。定量评价发现,气温影响占比(24.1±3...     

CMIP6模式中北半球及多年冻土区降水变化的比较研究

利用Climatic Research Unit (CRU)资料,系统评估了第六次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6, CMIP6)17个全球气候模式及其集合平均对历史时期(1985—2014年)北半球及多年冻土区年降水量的模拟能力;分析了不同未来情景(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5)下,北半球及多年冻土区未来年降水量的时空变化。结果表明：CMIP6模式对北半球及多年冻土区年降水的空间分布有较为合理的模拟能力,但相对于观测数据在北半球和多年冻土区分别有11%和42%的高估。未来北半球及多年冻土区的年降水量变化随着辐射强迫水平的升高而加快。在SSP5-8.5情景下增加速率最快,北半球和多年冻土区的年降水增加速率分别为13 mm·(10a)^-1、20 mm·(10a)^-1,相较于历史时期最后一年(2014年)年降水分别增加了134 mm、178 mm。北半球陆地平均年降水量始终高于多年冻土区,但多年冻土区增加速率要高于北半球。在S...     

黑河源区高山草甸的冻土及水文过程初步研究

介绍了黑河源区野牛沟流域在试验点尺度和山坡尺度上所开展的冻土水文过程初步结果.冻土水文观测场建于最大冻结深度约为3.0 m的季节冻土区,近50 a来,该区降水量变化不大,器测蒸发量(Φ20)和风速呈明显的降低趋势,而气温和地表温度则分别上升约1.0℃和1.7℃.研究区季节冻土冻结上限和下限深度均与地表温度呈二次多项式关系,这表明地表温度与冻结或融化区地温变化之间有一个滞后过程.在地表融化季节,季节冻土存在两层现象.当融化深度接近最大冻结深度时,存在向上和向下的双向融化现象,但自下而上融化速率较慢.2005年9月-2006年9月,具有较高代表性的3个山坡径流场均没有观测到产流量,结合蒸散发观测和野外调查,发现夏季高山草甸具有明显的地表径流拦蓄和水源涵养作用.COUP模型能够较好的连续演算试验场生长季节高山草甸-季节冻土-大气-维水热传输和耦合过程,但因其土壤完全冻结临界温度阀值设置偏高,影响了非生长季节的计算精度.     

喜马拉雅山珠穆朗玛峰北坡绒布冰川消融速率特征分析

根据1959年和2009年在喜马拉雅山珠穆朗玛峰北坡绒布冰川获得的冰川消融数据, 分析了该冰川消融速率变化特征.结果表明: 1) 在珠峰绒布冰川表碛覆盖区, 表碛厚度随海拔升高而降低. 2) 不同厚度表碛下的冰川消融速率差别较大; 当表碛厚度>8.5 cm时, 消融速率随表碛厚度的增加而减小; 促进冰川消融的表碛厚度阈值大于5 cm. 3) 从冰川消融速率的空间分布看, 绒布冰川大部分区域的消融速率<20 mm·d^-1, 最大消融速率出现在海拔5 400~5 450 m处. 4) 绒布冰川消融速率受表碛厚度和气温综合影响, 低海拔处表碛太厚, 高海拔处气温较低, 冰川消融在上述两海拔处均受抑制, 冰川消融速率较小; 在中海拔处, 表碛相对较薄, 气温相对较高, 冰川消融速率最大; 冰川日均消融速率与日均正积温正相关. 5) 喜马拉雅山南坡冰川消融速率大于北坡冰川消融速率.     

中国西部寒区流域冰川水文调节功能研究

冰川作为固体水库以“削峰填谷”的形式显著调节径流丰枯变化,冰川的水文调节功能对于中国西北干旱区至关重要。使用现有VIC-CAS模型模拟得到中国西部寒区2014—2100年径流预估数据,从趋势和波动变化相结合的视角,基于径流变差系数法,构建了冰川水文调节指数（Glacier_R）,分析了9个寒区流域冰川径流变化的稳定性,详细剖析了历史时期（1971—2010年）和未来到21世纪末这些流域冰川水文调节功能的强弱变化。结果表明：历史时期及RCP2.6和RCP4.5情景下,除长江流域外,青藏高原其余流域的冰川径流减小时间节点为2020s,西北内陆河流域则为2010s。历史时期及RCP2.6和RCP4.5情景下至21世纪末,尽管西部寒区大部分流域的冰川径流呈减少趋势,但波动幅度减小或无明显变化,冰川径流稳定性增强或无变化。总体上,西北内陆河流域的冰川水文调节功能较高,青藏高原流域的冰川水文调节功能较低。RCP2.6和RCP4.5情景下,至21世纪末,西部寒区各流域冰川水文调节功能均呈现减弱趋势,西北内陆河流域减弱更加显著,如RCP4.5情景下,木扎提河冰川水文调节功能降幅达25.4%,而青藏高原各流域的冰川水文调节功能一直处于较低水平。从年代际变化来看,1970s—2010s是寒区流域冰川水文调节功能较强的时期,1980s和2000s两个时段冰川水文调节功能尤强;RCP2.6和RCP4.5情景下,未来到21世纪末,冰川调节功能明显减弱。减弱的时间节点不同,最早为1970s,最晚为2020s。     

基于可靠性集合平均方法的全球1.5/2.0℃变暖下中国极端气候的未来预估

全球变暖下我国气候响应的研究对进一步预估我国未来气候变化相关风险及制定适应和减缓政策具有重要意义。利用第六次耦合模式比较计划中25个全球气候模式的模拟结果,评估比较了各种可靠性集合加权方案对中国区域气候的模拟性能,基于表现最好的可靠性集合平均方案预估了SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下中国极端气候指数在全球增暖1.5和2.0℃下的未来变化。结果表明,改进的可靠性集合方案模拟中国气候指数表现最好,与观测的偏差最小。未来中国区域温度明显增加,极端温度的增幅强于平均温度,极端降水整体也增加,且SSP5-8.5情景下增幅略强于SSP2-4.5情景。SSP5-8.5情景下,中国区域平均温度、最高温和最低温在全球增暖1.5(2.0℃)下较1995—2014年分别增加了1.11、1.18和1.31℃(1.88、1.98和2.14℃),总降水和强降水分别增加了5.6%和14.4%(10.5%和25.7%)。中国北方和青藏高原部分区域为增温的大值区,中国西部为降水增加的大值区。额外0.5℃增暖对中国地区产生显著影响,几乎整个中国地区温度指数的增幅都将超过全球平均。极端降水也将进一步增加,SSP5-...     

西藏纳木错流域冻土环境初步研究

利用在西藏纳木错流域念青唐古拉山北坡（NQN,海拔5 400 m）和西北保吉乡（BJ,海拔4 730 m）布设的两台带有四层土壤探头自动气象站(AWS)2005—2006年冬季10个月观测数据进行了统计分析。结果表明：观测期间NQN日及月平均气温均低于BJ,但变化幅度均小于BJ,土壤冻结时间比BJ长,两处的气温梯度为0.31℃/100 m。与安多月平均气温比较,推断NQN存在高山多年冻土。NQN大气—土壤及土壤内热传输速度快于BJ;冻结期内土壤中未冻水含量在0～-2.5℃时发生跃变且与土壤温度存在较好的线性关系;相同深度处NQN土未冻水含量较小。土壤温度日变化在0～40 cm深度处较明显,40cm深度以下变化很小,未冻水含量日变化在5 cm深度较明显,20 cm以下变化微弱。利用两观测点冻结深度（Df）与冻结积温（Tg）的良好相关建立模型,NQN为：Df n= 0.0016Tg+ 1.69,R2=0.9958;BJ为：Df b= 0.002 Tg+ 1.13,R2= 0.9424,并由此推断出两观测点最大季节冻结深度分别为1.69 m和1.13 m。