青藏高原末次盛冰期和全新世大暖期多年冻土边界变化的探讨

位于中低纬的青藏高原多年冻土是第四纪高原隆升和冰期气候叠加的产物,与高纬多年冻土相比,具有厚度薄和不稳定的特点,对全球变化反应敏感.因此,评价冰期-间冰期多年冻土扩张-收缩过程和其范围重建,是研究高原环境变化的重要工作.本文依据青藏高原及周边地区温度数据和《中国冰川冻土沙漠图》,对青藏高原现代大片多年冻土、岛状多年冻土和高山多年冻土分布进行恢复.依据来自冰川、冰缘和湖泊等证据,采用末次盛冰期气温较现代低7℃,全新世大暖期气温较现代高4℃,进行末次盛冰期和全新世大暖期多年冻土分布重建.重建结果表明:末次盛冰期多年冻土扩张明显,面积约为现代冻土面积的195％;末次盛冰期大片多年冻土几乎覆盖整个高原,岛状多年冻土向东扩张明显,向西范围逐渐收缩变窄,高山多年冻土在喜马拉雅山、祁连山和横断山脉等地区扩张明显.全新世大暖期多年冻土明显收缩,面积是现代多年冻土的73％;大片多年冻土收缩幅度较小,岛状多年冻土在高原东南部收缩明显,高山多年冻土在喜马拉雅山脉、祁连山脉、横断山脉等高海拔山地发育.     

1991-2008年天山乌鲁木齐河源区多年冻土的变化

天山乌鲁木齐河源多年冻土变化的研究,对于揭示气候变暖背景下,天山多年冻土对气候变化的响应以及由多年冻土变化引起的植被土壤演化、水文变化具有重要意义.对1991以来河源区海拔3500m左右的气温、降水、地温观测数据进行综合分析,结果表明:河源区的活动层呈逐渐增厚趋势,最大活动层厚度出现在2007年,达到1.60m,较1992年增加了0.35m;多年冻土活动层的变化与河源区夏半年(5-10月)的水热状况密切相关,活动层厚度随融化指数、夏半年降水量的增加而增大.多年冻土年变化深度由1993年的10m增加到12m左右;年平均地温上升明显,由1993年的-1.6℃上升到2008年的-1.0℃.年变化层以下的温度,均有不同程度的上升,年均增温速率随深度的增加而减小,推断长期持续的气候变暖是导致乌鲁木齐河源区多年冻土升温的主要驱动力.估算2008年的多年冻土下限深度约为86.8m,较1992年减小了7.7m,河源区多年冻土很可能正在发生自下而上的迅速退化.     

末次冰期以来中国自然环境变迁及其与全球变化的关系

末次冰期我国西部的冰川长度比现代冰川长2—5倍,雪线低300—1080m;东部多年冻土区南界在33°20′—33°40′N,青藏高原多年冻土区东北部的下界在海拔2200—2600m 处;黄、东海海平面下降130—155m;经向环流加强,北方冷空气增强。末次冰期以后冰川阶段性退缩,多年冻土区阶段性缩小,海平面间歇性上升;8000—6000aB.P.为高温期,出现2—5m 高海面,5600—5000aB.P.气温短暂下降,海平面突然回落,冰川有所前进;3000aB.P.的新冰期和15—19世纪的小冰期,气候、冰川和海平面都有显著变化。哺乳动物的绝灭和迁徙是自然和人为双重影响的结果。这些变化都是全球变化的表现。     

环境因素对兴-贝型多年冻土分布与发育的影响

兴安岭-贝加尔（兴-贝）型多年冻土处于欧亚大陆高纬度多年冻土南缘,对气候变化和人类活动较为敏感。为了研究多年冻土变化规律以及预测其未来变化趋势,从环境因素对多年冻土的影响以及多年冻土与环境的相互作用两个方面出发,围绕地带性因素（纬度、高度、经度）和非地带因素（气温、植被、降水、积雪等）两大类环境因素的变化对多年冻土分布与发育的影响,分析了兴-贝型多年冻土的变化和发展趋势,总结认为：气温、植被、降水、积雪等环境因素共同作用,改变了土层水热状况,促使区域内大范围多年冻土经历了显著退化;退化程度存在区域差异,多年冻土南界附近退化程度最为显著。基于兴-贝型多年冻土的特殊性,提出了建立冻土和寒区环境监测机制并及时采取适应性和整治性措施保护和修复区域环境的建议。     

青藏高原多年冻土区植被盖度变化对活动层水热过程的影响

不同植被盖度变化下活动层水热过程是多年冻土区水能循环中一个重要的不确定因素.为了研究植被盖度变化对活动层水热过程的影响,在青藏高原多年冻土区,选择坡向、坡型和坡度趋于一致植被覆盖度分别为92%、65%、30%的坡面建立天然径流观测场,觎测多年冻土活动层中的地温和水分状况.结果表明:活动层开始冻结和消融时间随着植被盖度的减少不断提前,且冻结持续时间缩短;随着植被盖度减小,活动层地温水分变化速率增大,植被起到抑制土壤地温水分变化速率的作用;植被盖度对夏季融化过程和秋季冻结过程活动层地温和水分的影响明显大于冬季降温和春季升温过程,对融化过程的影响较冻结过程更明显.     

青藏公路沿线多年冻土区活动层起始冻融时间的时空变化特征和影响因素

多年冻土区活动层冻融格局对气候系统、能量平衡、水文过程和生态系统有重要的影响,地表冻融时间是反映冻融格局时空变化的重要指标。为了探明多年冻土区活动层起始冻融时间的影响因素和机制,通过对青藏公路沿线8个典型活动层观测场地表起始融化时间（OOT）和起始冻结时间（OOF）进行研究,分析了不同观测场起始冻融时间的时空差异及其影响因素。结果表明：（1）青藏高原多年冻土区活动层起始融化主要发生在4月中下旬,起始冻结主要发生在10月中下旬。OOT的年际变化幅度远大于OOF,每年起始冻结的发生较起始融化更为准时。（2）起始融化发生时的气温普遍比起始冻结发生时高1~4℃。气温对OOT的影响要比对OOF大,其中OOT的变化主要与春季气温有关,冬季气温对其影响不大。（3）植被和土壤水分对OOT和OOF有重要调节作用,土壤含水率越高,植被状况越好,起始融化和冻结的发生时间往往越迟。（4）在起始融化和冻结阶段,厚度较大和持续时间较长的积雪对地温变化有明显的抑制作用,对OOT和OOF有延迟作用。     

青藏铁路沿线多年冻土区地温场变化规律

青藏铁路通过约550km的多年冻土区,统计和分析青藏高原多年冻土分布区主要气象台站的资料可以看出,近30a来高原多年冻土区的气候变化总的趋势是向着气温升高的方向发展的,气温的变化对多年冻土热状态的扰动主要表现在地温场的变化上.30多年来高原气温升高0.45℃左右,并引起冻土地温平均升高了0.2～0.3℃.分析青藏铁路通过的多年冻土地区典型地段测温孔资料,发现多年来气候转暖已经使冻土上部(20m以上)地温明显升高,影响深度已经波及到了40m.     

基于GIS空间分析模型的祁连山多年冻土研究

依据祁连山和青藏高原气温、地温、冻土厚度与经纬度以及海拔的经验公式, 通过ArcGIS空间分析, 获得了祁连山地区年均气温、年均地温和冻土厚度的空间分布规律。祁连山多年冻土区年均气温和年均地温分别为-12~-6 ℃和-4~-2 ℃, 多年冻土厚度变化于90~140 m之间。其中, 哈拉湖地区海拔4300 m以上的高山区温度最低、冻土最厚, 年均气温和年均地温分别低于-10 ℃和-4 ℃, 多年冻土厚度大于140 m。结合祁连山烃源岩区域分布特征和木里天然气水合物钻孔的冻土厚度资料, 认为中祁连盆-山构造地貌发育区为天然气水合物成藏最有利区域。      

东北多年冻土地区地基承载力对气候变化敏感性分析

近年来,中国东北多年冻土地区正处于显著的增温过程中。由此导致多年冻土逐渐退化,并严重影响到构筑物的稳定性。以0.05 ℃的年平均气温上升率为背景,采用带有相变的传热学有限元方法,对中国东北多年冻土地区不同初始气温条件和不同含冰量类型冻土的地基温度状况以及季节活动层厚度变化进行了模拟;利用温度场有限元数值试验结果和已有承载力试验数据分析了不同类型冻土地基的力学性质对气温变化敏感性,评估了气温变化对各类冻土地基承载力的影响。气候变化对多年冻土地区构筑物稳定性影响程度取决于两个环节：其一,冻土地基温度状况对气候变化的响应;其二,冻土地基力学性质对地基温度变化的敏感性。研究结果表明,冻土地基含冰量和温度状态对其承载力随气温变化的敏感性具有显著的影响。含土冰层地基承载力对气温变化最为敏感,气温变化对高温冻土地区浅层地基承载力以及桩-土冻结强度影响较大;而深基础桩端冻土地基承载力受气候变化影响相对较小。     

大小兴安岭多年冻土退化及其趋势初步评估

大小兴安岭多年冻土处于欧亚大陆多年冻土带南缘,地温高、厚度小、热稳定性差、对气候变暖的敏感性强.过去40 a来该区多年冻土退化主要表现为最大季节融化深度增大,厚度减薄,地温升高,融区扩大,多年冻土岛消失等.气候变暖及该区森林植被的锐减是导致多年冻土退化的普遍性和基础性因素,而多种人为活动影响起了加速促进作用.依据多年冻土南界与多年平均气温的密切相关关系,据1991—2000年平均气温-1.0~1.0℃等值线给出了现今多年冻土南界位置,并探讨了未来40~50 a后气温升高1.0~1.5℃情况下多年冻土南界的可能北移情况.     

中国的多年冻土──过去与现在

中国多年冻土区的总面积约占中国陆地面积的２２．４％，达２１５００００ｋｍ²。多年冻土的分布特征受气候条件在三度空间的变化所制约。自晚更新世以来，其分布情况已有相当的变化。在东次冰期最盛期，东北地区多年冻土南界曾推进到北纬４１—４２°，在全新世暖期，南界向北退缩，但晚更新世形成的冰楔和多年冻土至今仍存在于大兴安岭北部，全新世中期严寒期冻土有所扩展并形成冰楔。随着气候变化，中国西部高山和高原区高海拔冻土的分布下界已上移８００—１０００ｍ，但高山和高原的主要部分仍处于冰缘环境，有的地方在全新世还发育了共生型多年冻土。     

The extent of permafrost in China during the local Last Glacial Maximum (LLGM)

Recent investigations into relict periglacial phenomena in northern and western China and on the Qinghai–Tibet Plateau provide information for delineating the extent of permafrost in China during the Late Pleistocene. Polygonal and wedge‐shaped structures indicate that, during the local Last Glacial Maximum (LLGM, between ～35 and 10.5 ka BP), the southern limit of latitudinal permafrost in northern China advanced southward at least to ～38–40°N in the east and to ～37–39°N in the west. This represents an advance of about 5–10° of latitude beyond present‐day permafrost limits. The lower limits of elevationally controlled permafrost on the Qinghai–Tibet Plateau and its peripheries were about 1000 m lower: this permafrost was largely continuous during the LLGM. This suggests a cooling of between 4 and 10°C, or more. This paper discusses the extent of permafrost during the LLGM and presents maps that have been constructed on the basis of extensive and integrative analysis of all reliable and pertinent data. The results indicate that the extent of LLGM permafrost in China was between ～3.8 and 4.3×10⁶ km². This is 80 to 100% more than that of ～2.15×10⁶ km² in the 1970s, and 120 to ～150% more than that of ～1.75×10⁶ km² today.     

中国大陆多年冻土线空间分布基本特征

本文主要根据多年冻土与气候参数的相关关系,结合现代多年冻土分布,依据我国104个气候台站的气象数据,计算出年平均温度、年较差和多年冻土线理论海拔高度,研究我国多年冻土线空间分布特征。中国大陆多年冻土线高程明显受高度地带性和纬度地带性控制,自北向南海拔高度逐渐增大。东部地区的多年冻土线高程从东北的<1200m,至海口附近增到5700m;西北地区的多年冻土高程从阿尔泰山的2600m,至昆仑山增至4500m左右,要比东部同纬度的冻土线高出1400~800m;青藏高原的多年冻土线高程基本上稳定在4500~5000m.在此基础上,进而探讨了中国现代气候多年冻土线与气候雪线之间的关系。      

末次冰消期晚期青藏高原东北部气候变化

我国最大的内陆封闭湖泊青海湖的沉积岩芯为研究末次冰期/全新世过渡期间青藏高原东北部的环境变化和季风降水演变提供了连续高分辨率环境档案。对两孔岩芯的多学科研究结果表明:大约14000～11600aB.P.期间气候干冷,湖泊的自生碳酸盐和有机质生产率远低于全新世;季节性入湖径流量在11600aB.P.突然增大;从10700aB.P.起,夏季蒸发量突然增大,干旱化作用导致碳酸盐滩湖环境;区域降水量在10000aB.P.的增大结束了滩湖环境,标志了早全新世温暖较湿气候的开始。全新世早期的青海湖水深比现在要浅20m左右,表明那时的有效湿度显然比现在要低很多。14000～10000aB.P.期间青海湖水深不超过6m,说明在末次冰消期的这一时段中,青藏高原东北部没有形成大规模冰融水。在10700～10000aB.P.期间突发的干旱事件与西欧的新仙女木事件(YoungerDryas)年代相当,但没有气候变冷的证据。青藏高原东北部末次冰消期的气候变化表现了明显的阶段性特征和有效湿度的突然改变。区域季风降水量和夏季温度的变化决定了该过渡期的这种变化格局     

祁连山区多年冻土空间分布模拟

祁连山区位于青藏高原东北边缘,是亚洲水塔重要的组成部分,多年冻土的变化对生态系统和水资源平衡有着重要影响。基于青藏高原第二次综合科学考察、道路勘察钻孔点以及前人所获得的多年冻土下界资料,回归得出祁连山区多年冻土下界统计模型,借助ArcGIS平台在DEM数据的支持下,模拟出祁连山区多年冻土空间分布图。结果表明：祁连山区多年冻土分布的下界具有良好的地带性规律,表现为随经纬度增加而降低的规律;祁连山区多年冻土在空间分布上呈现出以哈拉湖为中心向四周扩散的分布格局;祁连山区总面积约为16.90×10⁴ km²,其中多年冻土面积约为8.03×10⁴ km²,占总面积约47.51%。多年冻土区与季节冻土区之间存在着有不连续多年冻土分布的过渡区,过渡区面积约1.43×10⁴ km²,占总面积约8.46%。     

青海高原中、 东部多年冻土及寒区环境退化

近年来, 随着全球气候变暖和人类社会经济活动的增强, 处于季节冻土向片状连续多年冻土过渡区的青海高原中、 东部多年冻土退化显著. 巴颜喀拉山南坡清水河地区岛状冻土分布南界向北萎缩5 km; 清水河、 黄河沿、 星星海南岸、 黑河沿岸、 花石峡等岛状冻土和不连续多年冻土出现融化夹层和不衔接多年冻土, 有些地区冻土岛和深埋藏多年冻土消失, 多年冻土上限下降、 季节冻结深度变浅; 片状连续多年冻土地温升高、 冻土厚度减薄. 1991-2010年巴颜喀拉山南北坡不连续多年冻土分布下界分别上升90 m和100 m, 1995-2010年布青山南北坡不连续多年冻土分布下界分别上升80 m和50 m. 造成冻土退化的主要原因为气候变暖, 使得地表年均温度由负变正, 冻结期缩短, 融化期延长, 冻/融指数比缩小. 伴随着冻土退化, 高寒环境也显著退化, 地下水位下降, 植被覆盖度降低, 高寒沼泽湿地和河湖萎缩, 土地荒漠化和沙漠化造成了地表覆被条件改变.     

青藏铁路清水河地区路基下伏多年冻土地温变化特征研究

基于埋设在青藏铁路清水河地区路基中两个断面内的共8个地温测试孔3年来的地温观测资料,研究了该地区铁路路基下伏高原多年冻土融化特征,分析了多年冻土上限的变化规律以及填筑铁路路基施工对下伏多年冻土赋存条件的影响。研究表明,由于受到填筑路基时赋存在路基填料内的热量的影响,铁路路基下伏多年冻土近地表的地温变化特征与天然地面下的多年冻土的地温变化特征有明显的不同,且向阳面与被阴面差别较大。多年冻土的上限在施工初期会有一个明显的下移沉降,随着时间的推移,虽然残存在路基中的热量逐渐消散,多年冻土上限下降会逐渐稳定。由于受到太阳辐射和路基边坡形状及融化夹层的影响,多年冻土上限会逐渐稳定,但不会在短时期内上升到天然地面下多年冻土的上限水平。     

中国西部末次冰期以来冰川、环境及其变化

晚更新世以来,由于青藏高原及其周围山地的上升,中国西部的气候愈来愈干冷,冰川发育受到抑制。末次冰期最盛时,雪线比今日低300—1500m,古冰缘下限比今日低300—1400m,高山带的气温比今日低3—7℃,高原外围地区低8—10℃。青藏高原从13000aB.P.开始气候变暖,6000aB.P.高温期时冰川强烈退缩或消失,4000—3000aB.P.气候又再次变冷进入全新世新冰期和现代小冰期。目前气候又开始变暖,大部冰川又转入后退时期。     

青藏高原冻土退化的研究

青藏高原从70年代后期气温持续转暖,导致高原多年冻土呈区域性退化趋势。年平均地温升高0.1～0.5℃,在边缘地带垂向上形成不衔接冻土和融化夹层,多年冻土分布下界上升40～80 m,高原多年冻土总面积约减少10×10⁴km²。     

祁连山东段宁张公路达坂山垭口段的冻土分布

据观测资料表明，达坂山地区是青海省境内降水最多的地区，公路垭口段降水量大、冷季降雪多、雪层较厚，稳定积雪时间长达１８０－２００天。雪盖的保温作用占主导地位，加之局部小气候影响，使区内多年冻土下界海拔比邻近地区高约２００ｍ，年平均地温偏高，多年冻土层较薄，而且处在极不稳定的状态下。