新进展:青藏高原变湿减缓了多年冻土对气候变暖的热响应

多年冻土作为冰冻圈的重要指标之一,对气候变化极为敏感。20世纪90年代中期以来,青藏高原(QTP)经历了明显的变暖和变湿。QTP的变湿改变了多年冻土区的水热特性,不可避免地影响了多年冻土区的热动力学。以往的研究主要集中在气候变暖对多年冻土的影响上,而对变湿的影响研究较少。由于暖湿过程的共存及其相互作用对QTP多年冻土对气候变化的响应具有重要影响。这就引发了一个重要的科学问题:变暖与变湿是如何共同影响QTP多年冻土热动力学,以及在这种暖湿背景下变暖与变湿的单独作用又是如何?

针对上述科学问题,研究人员以数值实验为手段,定量研究了气候变暖与变湿对多年冻土热状况的影响,结果表明:

  1. QTP经历了显著的变暖和变湿,特别是20世纪90年代中期以来。QTP多年冻土对气候变暖和变湿的响应是相反的(图1)。在气候变暖导致QTP多年冻土热退化的同时,湿润抑制了多年冻土的热退化,尤其是在广大的干旱和半干旱地区。夏季降水的增加对干旱和半干旱地区的多年冻土热状况具有较强的降温作用,而对湿润地区的降温作用较小(图2)。
  2. 定量表明,QTP多年冻土区气温升高一度导致ALT增厚0.46 m,TTOP升高0.53 ℃。夏季降水增加100 mm变湿导致ALT平均减薄0.35 m,TTOP平均降低0.36 ℃。多年冻土对变湿的响应存在显着的区域差异。夏季降水增加100 mm,干旱区ALT和TTOP的下降幅度最大,分别下降0.75 m和0.71 ℃;半干旱区次之,分别为0.24 m和0.22 ℃;半湿润区分别为0.10 m和0.19 ℃。
  3. 高海拔半干旱地区夏季降水增加对多年冻土的热状况具有双重影响。当该地区出现夏季强降雨时,降水对活动层产生了降温效应,对下层多年冻土施加了暖化效应。

除气候变暖外,气候变湿也是调节QTP多年冻土热状况的关键因素,当预计未来降水持续增加时,变湿将变得尤为重要。这些方面的深入了解期望能有助于更好地理解变暖和变湿在改变多年冻土热状况中的作用。

该研究为理解多年冻土对气候变暖和变湿的响应提供了新的视角。研究工作得到第二次青藏高原综合科学考察研究和国家自然科学基金项目的资助。博士生张国飞为第一作者,南卓铜教授为通讯作者。/文: 张国飞

图1 不同变暖变湿情景下多年冻土指标的变化
图2 不同变暖变湿情景下多年冻土指标与控制情景(CTL)结果的空间差异图。单独变湿情景包含四个干湿气候区,Ⅰ ~ Ⅳ分别为干旱区、半干旱区、半湿润区和湿润区

论文引用:G. Zhang, Z. Nan*, L. Zhao et al., Qinghai-Tibet Plateau wetting reduces permafrost thermal responses to climate warming, Earth and Planetary Science Letters, 2021, 562: 116858. doi:10.1016/j.epsl.2021.116858.

论文下载(开放访问):https://authors.elsevier.com/sd/article/S0012821X21001175

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