东北北部冻土退化与寒区生态环境变化

我国东北地区位于中高纬度欧亚大陆东缘,大、小兴安岭多年冻土区是欧亚大陆高纬冻土区向南最突出的部位,属于高纬山地冻土.东北多年冻土区是我国,乃至全球范围内,受气候变暖和人为活动影响最显著的冻土区之一.过去40 a来该区冻土显著退化,主要表现在:1)冻土南界及不连续多年冻土各分区边界北移而导致总面积减小、空间分布破碎化;2)活动层加深,融区扩大,局地冻土岛消失;3)冻土温度升高、厚度减薄、热稳定性降低等.由于各种因素的共同影响,寒区生态环境也发生了一系列变化.这具体表现为以兴安落叶松占绝对优势的天然林带锐减,整个北方森林带北移,沼泽湿地面积减小等,寒区生态系统和环境已出现恶性循环.关注、研究、整治和管护寒区环境对区域社会、经济和生态可持续发展不可或缺.     

冻土区石油污染物迁移及清除研究进展

多年冻土区输油管道面临着差异性融沉和冻胀的关键性难题. 受力不均匀对管道造成机械性破坏, 管道破裂、泄漏现象不断发生. 泄漏油污在冻土中的存在及其扩散对当地的生态环境产生长期不利的影响, 而且对土壤自身的物理、化学和生物特性造成影响. 土壤中石油烃的迁移和分布受土壤和地形、 温度、含水(冰)量、降水以及冻结融化过程等多种环境因素影响. 近年来, 各种物理、化学和生物方法被用来清除冻土区石油烃污染. 正在勘察和设计中的中俄原油管道穿越连续、不连续、岛状和零星分布多年冻土, 及季节冻土区. 为了有效保护兴安岭地区的寒区生态环境, 中俄原油管道有必要预先做好应对管道泄露的前瞻性研究.     

中国东北大兴安岭多年冻土与寒区环境考察和研究进展

由于东北地区最近150 a来的显著气候变暖和清朝开禁政策以来强烈的人为活动影响,东北地区冻土和寒区环境已经产生了显著变化.由于社会经济活动日益增多和许多重大工程建设需要,及其寒区水文、生态环境的显著、急速恶化,继20世纪50-60年代大规模经济开发时的冻土研究高潮之后,东北地区冻土和寒区环境问题再次成为国人关注的重要问题.为研究中国-俄罗斯原油管道工程(漠河-大庆段)的气候变化与冻土退化对管道工程地基基础长期稳定性的影响问题,中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室在2007年7-8月组织了"大兴安岭多年冻土与环境"科学考察,考察的主要区域涉及大兴安岭西坡从漠河(不连续多年冻土区)至阿尔山(多年冻土南界和下界附近)以及东坡从漠河、大杨树(零星岛状多年冻土区)至嫩江平原北部大庆附近(季节冻土区).考察中发现多处重要古冻土遗迹和重新研究了乌玛和伊图里河不活动冰楔群,取得了大量第一手资料,以研究第四纪,特别是全新世以来,多年冻土和寒区环境演化和变化.考察过程中,对大兴安岭(漠河-黄岗梁)和长白山的针叶林优势种(兴安松和章子松)树木年轮进行了系统采样,以详细研究小冰期晚期以来的气候和环境变化.考察结果表明: 最近50 a来,受显著气候变暖和强烈人类活动影响,东北多年冻土已经产生显著退化,南界有较大幅度(40～120 km)北移.根据最新预测表明,在未来50～100 a气候变暖情景下,多年冻土将继续退化,但面积上的变化将较慢.这可能归结于东北地区较好的地表覆被条件和丰富的地下冰、雪盖减少,以及可能显著增强的西伯利亚-蒙古冷高压在冬季形成的强大、稳定和广泛的大气逆温层结对兴安-贝加尔型冻土的控制作用.     

黑河实施分水后中游灌区地下水资源量的变化分析

黑河中游地下水是农业灌溉的重要水源之一,而黑河分水通过对地表水的影响,进而影响地下水资源.根据中游地下水观测数据,运用Kriging空间插值法,对分水前的20世纪90年代和分水后的2004-2005年间的地下水位和储量变化进行对比分析.结果表明:中游甘州区、临泽县和高台县地下水位不同程度上都在下降,其范围在1.3～2.7 m,地下水可开采储量也随之减少,估算减少总量约为8.23×108m3.究其原因,一方面是由于分水使得地表水转化为地下水的数量减少,占总减少量的45%;另一方面,河水供给的减少促使中游地区在农业灌溉中转而大量开采地下水所致.目前中游地区调整产业结构,减少农业用水是分水后保持当地各种环境稳定的重要措施.     

多年冻土区斜坡稳定性研究综述

全球变暖、极端天气频发,引发的地质灾害对自然生态环境和人类生产生活造成了很大的影响。尤其对气候变化较为敏感的高温（年平均地温>-1 °C）和高含冰量多年冻土区,气候变暖以及人类活动导致的冻融地质灾害日益频繁。冻土退化条件下,土体结构和物理力学性质发生改变,黏聚力和抗剪强度降低,造成多年冻土区斜坡发生滑坡、崩塌、泥流等灾害。斜坡失稳加剧了多年冻土区脆弱生态环境的恶化,同时对建（构）筑物安全运营产生威胁。与非冻土区相比,多年冻土区斜坡稳定性研究主要针对高含冰量斜坡段,斜坡失稳模式主要以热融滑塌和活动层滑脱为主。热融滑塌由斜坡段地下冰暴露融化引起,而活动层滑脱产生的原因是冻土融化导致土体孔隙水压力过大,形成的超孔隙水压力降低了土体强度,造成斜坡失稳。此外,多年冻土区斜坡失稳模式还包括融冻泥流、崩塌以及蠕变滑坡等。通过综述近期多年冻土区斜坡稳定性研究进展,概括了多年冻土区斜坡失稳的模式、特征、影响因素、失稳机理、分析方法及防治措施等,并对未来多年冻土区斜坡失稳的研究重点提出建议。     

青藏高原冷湿地生态系统CH4排放量估算

The areal extent of cold freshwater wetlands on the Tibetan Plateau is estimated to be 0.133×10 6 km 2, suggesting a significant methane potential. Methane fluxes from wet alpine meadows, peatlands, Hippuris vulgaris mires and secondary marshes were 43.18,12.96,-0.28 and 45.90 mg·m -2 ·d -1 , respectively, based on the transection studies at the Huashixia Permafrost Station from July to August 1996. Average CH 4 flux in the thaw season was extrapolated to be 5.68 g·m -2 according to the areal percentage of wetland areas in the Huashixia region. CH 4 fluxes at four fixed sites, representative of similar ecosystems, ranged from -19.384 to 347.15 mg·m -2 ·d -1 , and the average CH 4 fluxes varied from 6.54 to 71.97 mg·m -2 ·d -1 at each site from April to September 1997. CH 4 emissions at each site during the entire thaw season was estimated from 1.21 to 10.65 g·m -2 , displaying strong spatial variations. Seasonal variations of CH 4 fluxes were also observed at the four sites. It is found that CH 4 bursted in the early thaw season, and increased afterwards with rising soil temperatures. Episodic fluxes were observed in summer, which influenced the average CH 4 flux considerably. Annual CH 4 emissions from cold wetlands on the plateau were estimated at about 0.7～0.9 Tg based on the distribution of wetlands, representative CH 4 fluxes, and number of thaw days. The centers of CH 4 releasing are located in the sources of the Yangtze and Yellow Rivers, and Zoige Peatlands.     

水合甲烷与全球变化

甲烷水合物是地球表层（〈２ｋｍ）最重要的碳库，其ＣＨ４含量很可能超过１０＾１６ｋｇ。暴露大陆架的海侵加热及深部压力中能使海相沉积物中的甲烷水合物失稳分解；而冰悼生长，使其下的水合的稳定带扩展。水合物对地表扰协的敏感性，稳定和失稳时间尺度的不对称性和水合物巨大碳量表明，甲烷水合物可能在调节冰期，间冰期大气成分中扮演重要角色。北极沿海多年冻土变暖和甲烷释放可能早已开始，但目前和下一世纪的排放量可能不大     

冻土区甲烷排放研究进展

冻土区土牡表面和活动层土的ＣＨ_４排放和吸收表现出强烈的时空变化性。根据多年冻土中ＣＨ_４含量的模拟结果表明，全球尺度上，平均每米厚度多年冻土含有ＣＨ_４６５Ｔｇ。在未来的２００年间，多年冻土融化所导致的大气ＣＨ_４附加年源强变化于２～２５Ｔｇ。     

大兴安岭北部霍拉盆地多年冻土及寒区环境研究的最新进展

霍拉盆地位于我国高纬度大片连续多年冻土区的北缘. 盆地内的冻土具有自中心向边缘厚度变薄、温度升高, 至四周山地出现融区等特征, 同时又受局地因素如地形地貌、地表覆被、地下水赋存规律及地质构造等影响, 冻土分布、厚度及温度的空间格局在遵从普遍规律的基础上又具有差异性. 近年来, 随着全球气候变暖及人为活动的逐步增强, 盆地内冻土及寒区环境变化显著, 对矿区转型至关重要的核心景观月牙湖几近干涸. 2013年6月、2014年5-7月先后2次对霍拉盆地多年冻土及寒区环境变化进行科学考察并展开初步研究. 在盆地内根据不同地貌、地表覆被及人为活动强度布设8个地温观测孔并将进行长期观测, 以期分析研究人为活动、植被等局地因子对冻土的影响及未来冻土与寒区环境变化; 同时, 对干涸的月牙湖底地形、地貌进行了调查并采集湖相沉积物样品, 以确定月牙湖的成因并进一步分析湖区气候及环境变迁; 对月牙湖畔湖心岛地下冰再次进行勘察, 发现厚层地下冰正在逐渐融化; 此外, 盆地内广泛发育的热喀斯特现象亦表明该区域冻土正在退化.     

青藏高原土壤碳排放研究进展

青藏高原土壤碳排放研究是评估国家区域碳排放量和预测气候变化所可能导致影响的关键. 首先对青藏高原土壤碳排放的关键性影响因子进行探讨, 并分析了土壤碳排放的时空分布格局变化. 目前青藏高原土壤碳排放研究主要是针对高寒草甸及高寒草地生态系统, 较少涉及高寒荒漠, 研究区域较为分散; 土壤碳排放受到气候环境因素、生物因素及人为因素等多重因素的影响, 其中温度、土壤湿度、土壤区系生物、人为因素及多年冻土退化是最关键的影响因素; 土壤碳排放具有明显的时空变异性, 空间变异性在生物群丛、景观、区域和生物群系四个尺度体现, 时间变异性在日、季、年上体现. 总体而言, 青藏高原土壤碳排放的研究较少, 尤其关于大尺度、长时间序列的研究以及土壤碳排放的机理等方面的研究十分缺乏, 有待于后续加强研究.