多年凍土變化對(duì)湖泊面積變化可能的影響

1990—2010?年青藏高原湖泊面積增加了26％。湖泊水位升高和水量增大現(xiàn)象歸因于區(qū)域降水量增加?。黃河源區(qū)湖泊擴(kuò)張、數(shù)量增多的主要原因正是同期降水量增大、蒸發(fā)量減少和凍土退化加大了地下冰融化水補(bǔ)給量的直接反應(yīng)；班戈錯(cuò)湖泊水位持續(xù)上漲，湖面擴(kuò)大的原因之一是由于該流域上游在海拔約?4?800?m?部位存在一片面積較大的多年凍土濕地，而該多年凍土區(qū)的邊緣有熱融湖塘發(fā)育。近?20?年來(lái)該地區(qū)的多年凍土的退化及其中部分地下冰的融化可能是導(dǎo)致班戈錯(cuò)湖泊水位上升的主要原因之一。

相關(guān)研究表明，“亞洲水塔”主要河川徑流和湖泊短期內(nèi)可能增加，并且這一趨勢(shì)可能將在未來(lái)（21?世紀(jì)中期）得以持續(xù)，其中印度河、恒河、雅魯藏布江、瀾滄江上游等徑流增加的幅度相對(duì)較大?。但隨著冰川規(guī)模不斷萎縮，冰雪融水的貢獻(xiàn)率將會(huì)不斷下降；而多年凍土區(qū)活動(dòng)層增厚，土壤蓄水容量將增大，從而導(dǎo)致降雨下滲量增加和基流量增大?；多年凍土退化時(shí)地下冰的融化對(duì)湖泊有一定的補(bǔ)給作用，但是對(duì)湖泊的補(bǔ)給作用的大小取決于很多因素，如氣候變化的方式、幅度、凍土融化速率、深度，以及局地巖性、排水和水文地質(zhì)條件等。除了多年凍土區(qū)湖泊上升之外，也有研究認(rèn)為區(qū)域地下水位下降的主因是凍土退化，其導(dǎo)致凍結(jié)層上水水位持續(xù)下降甚至消失，從而可能導(dǎo)致區(qū)域產(chǎn)流減少。因此，多年凍土退化和水循環(huán)的相互作用需要進(jìn)一步研究。

多年凍土變化對(duì)地下冰釋放量及地表形變的影響

青藏高原多年凍土年均地下冰融化量總計(jì)可達(dá)?12．7×10³km³水量，活動(dòng)層加深?25?cm?引起的地下冰融水量相當(dāng)于歐亞大陸北部主要河川徑流的增加量。青藏公路沿線多年凍土上限附近地下冰主要由其上部的活動(dòng)層水進(jìn)行補(bǔ)給（59％—87％），其次是下部的多年凍土水（13％—41％）；另外，下墊面的差異會(huì)顯著影響活動(dòng)層水對(duì)上限附近地下冰的補(bǔ)給比例。比如，高寒草甸區(qū)域的活動(dòng)層水對(duì)其下部上限附近地下冰的補(bǔ)給比例（59％—69％）小于高寒草原所在區(qū)域的活動(dòng)層水補(bǔ)給比例（70％—87％）。

降水作為活動(dòng)層水的主要補(bǔ)給源，對(duì)地下冰的發(fā)育和形成也有著間接的貢獻(xiàn)，地表徑流對(duì)淺層地下冰的形成也有顯著的補(bǔ)給作用。而針對(duì)多年凍土區(qū)地下冰的釋放量到底去向何處，目前研究還較少。在北麓河熱融湖塘地區(qū)，淺層地下冰融水對(duì)當(dāng)?shù)責(zé)崛诤恋难a(bǔ)給比例最大能達(dá)到60％左右；在昆侖山埡口地區(qū)，地下冰融水對(duì)地面徑流也有著一定的貢獻(xiàn)，淺層地下冰的融水對(duì)當(dāng)?shù)氐乇韽搅鞯难a(bǔ)給比例達(dá)到?37．4％，僅次于冰川融水?56．7％?的補(bǔ)給比例；在黃河源區(qū)，地下冰融水對(duì)當(dāng)?shù)氐乇韽搅鞯呢暙I(xiàn)比例為13．2％—16．7％。本文的研究結(jié)果反映了活動(dòng)層厚度增加導(dǎo)致的地下冰融化對(duì)活動(dòng)層底部土壤含水量有顯著的影響；然而，針對(duì)多年凍土退化對(duì)地下冰的釋放量有多大影響，地下冰釋放量到底對(duì)區(qū)域水循環(huán)的影響程度有多大，到目前為止還沒(méi)有被量化。

氣候變暖背景下，多年凍土退化還會(huì)造成多年凍土地面發(fā)生長(zhǎng)期的沉降形變，這主要是由于進(jìn)入多年凍土內(nèi)部的能量過(guò)剩時(shí)多年凍土上限處地下冰融化所導(dǎo)致。研究表明，年間地表形變的高值區(qū)主要分布在地下冰含量較高的地區(qū)。例如，青藏高原的五道梁、北麓河地區(qū)和俄羅斯的勒拿河三角洲地區(qū)，多年凍土上限附近地下冰的融化導(dǎo)致了較高的年間沉降量。在五道梁地區(qū)年間沉降量可達(dá)?10．28?mm。多年凍土的年間形變也有明顯的空間差異性——北麓河高山地區(qū)多年凍土存在較為穩(wěn)定，年平均形變量為?1．78?mm；而稀疏植被區(qū)域多年凍土地表形變有著明顯的不同，其年形變量在?16—0?mm?之間，退化更為明顯。

多年凍土地下冰含量較少的區(qū)域年間形變量較小，主要在青藏高原的西北部和西藏當(dāng)雄縣附近?。隨著氣候變暖的加劇，地下冰融化速率加快，多年凍土年間地表下沉的速率也隨之增加。有研究表明，基于?ERS1／2?及?Envisat?數(shù)據(jù)獲得的?1995—1999?年格陵蘭島東北部地區(qū)的年平均沉降速率為?0．3—?2．4?mm／a，而?2006—2009?年地表沉降速率增加到?0．8—?2．7?mm／a，沉降速率可以很好地反映氣候在變暖、多年凍土在退化。因此，多年凍土退化導(dǎo)致的地面形變均與多年凍土內(nèi)部地下冰直接相關(guān)，所以加強(qiáng)對(duì)地表形變的監(jiān)測(cè)可為多年凍土區(qū)地下冰儲(chǔ)量的變化提供可靠的依據(jù)。

多年凍土退化給青藏高原及周邊地區(qū)的水循環(huán)過(guò)程和水資源時(shí)空分布帶來(lái)顯著影響。具體而言，多年凍土層消融可釋放水分補(bǔ)充地下水，從而影響區(qū)域水文過(guò)程。但這部分水分到底對(duì)區(qū)域水資源調(diào)節(jié)作用有多大尚待進(jìn)一步深入研究。本文以觀測(cè)事實(shí)為基礎(chǔ)，結(jié)合再分析數(shù)據(jù)分析了青藏高原多年凍土變化及可能的影響，主要得到的?3?條結(jié)論。

近?10?年來(lái)，青藏高原多年凍土區(qū)呈現(xiàn)變暖變濕的特征，多年凍土呈現(xiàn)顯著的退化趨勢(shì)。其地溫明顯升高、活動(dòng)層增厚和活動(dòng)層底部含水量增加，活動(dòng)層底部溫度變化率平均為?0．45^oC／10?a，活動(dòng)層厚度變化率達(dá)到了?21．7?cm／10 a。

1980—2017?年青藏高原多年凍土區(qū)降水呈微弱的增加趨勢(shì)，增加率為?29．5?mm／10?a。多年凍土區(qū)在1980—2018?年?6—8?月的?0—100?cm?土壤含水量平均值為?0．30?m³／m³；并且多年凍土區(qū)降水整體呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，每?10?年的增加率為?0．005?m³／m³。

多年凍土退化將對(duì)青藏高原水文過(guò)程、湖泊面積變化等會(huì)有明顯的影響，尤其是多年凍土退化導(dǎo)致的地下冰融化對(duì)于水循環(huán)會(huì)產(chǎn)生顯著影響，并可能引起多年凍土地面發(fā)生長(zhǎng)期的沉降形變；但多年凍土退化對(duì)水循環(huán)究竟影響的程度有多大需要進(jìn)一步深入探索。（作者：趙林，南京信息工程大學(xué)  地理科學(xué)學(xué)院；胡國(guó)杰，中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院  冰凍科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室  青藏高原冰凍圈觀測(cè)研究站；鄒德富，中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青藏高原冰凍圈觀測(cè)研究站；吳曉東，中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青藏高原冰凍圈觀測(cè)研究站；馬露，中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青藏高原冰凍圈觀測(cè)研究站 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)； 孫哲，中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青藏高原冰凍圈觀測(cè)研究站 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)； 原黎明，中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青藏高原冰凍圈觀測(cè)研究站 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)； 周華云，中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青藏高原冰凍圈觀測(cè)研究站 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)； 劉世博，中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青藏高原冰凍圈觀測(cè)研究站 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)?！吨袊?guó)科學(xué)院院刊》供稿）

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