南科大郑春苗团队发表最新研究成果,揭示青藏高原冻土退化规律与未来趋势
2020年10月07日 科研新闻 浏览量 :1517

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近日,南方科技大学环境科学与工程学院讲席教授郑春苗研究团队利用基于土壤热传输过程模型,揭示了青藏高原雅鲁藏布江流域季节性冻土的退化规律并预估了未来演变趋势。研究成果以“青藏高原雅鲁藏布江流域季节性冻土动态演进:历史趋势与未来预估(Dynamics of Seasonally Frozen Ground in the Yarlung Zangbo River Basin on the Qinghai-Tibet Plateau: Historical Trend and Future Projection)”为题在环境科学与生态学著名期刊Environmental Research Letters上发表。

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青藏高原冰川冻土景观 

雅鲁藏布江(简称“雅江”)位于“亚洲水塔”青藏高原南部,是中国最长的高原河流,也是世界上海拔最高的大河(图1)。雅江水资源支撑其流经区域的农业经济发展。雅江在我国南段地区形成巨大的谷地,是重要的青稞产地,进入印度后,称其为布拉马普特拉河,是印度重要的茶叶产地。同时,雅江水能蕴藏量丰富,在中国仅次于长江。因此,研究雅江流域的水文水资源对于雅江流域的社会经济发展具有重要意义。但是,雅江流域约70%流域面积上覆季节性冻土(图2)。季节性冻土冬季冻结、夏季融化,其冻融过程改变了土层水力学、热力学性质,进而影响区域水文循环过程和生态系统功能(如降雨入渗、地下水补给等)。因此,研究雅江流域季节性冻土时空变化规律可为进一步阐明该流域的水文循环过程和对全球变化的响应机制奠定基础。

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图1. 雅鲁藏布江源,海拔5500米

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图2. 雅江流域季节性冻土分布

研究团队基于土壤热传输理论,建立了地面温度向地下的传输模型,考察不同深度处土层温度随时间的动态变化状况,并以0℃等温线所到达的最低点定义季节性冻土最大冻结深度。研究团队首先基于观测站点的地表温度和冻结深度数据,对模型进行了校准(图3)。接着,以再分析数据集GLDAS地表温度数据作为模型输入,并考虑了土壤类型、土壤含水量、及植被的空间非均质性对土壤热力学性质的影响,将校准后的“温度-冻结深度”模型推广至整个流域,考察了历史阶段(1980-2010年)雅江流域季节性冻土最大冻结深度的时空分布规律(图4)。最后,基于全球气候模式CMIP5,评估未来气候变化情景下雅江流域季节性冻土的时空演变趋势(图5)。研究结果表明,随着全球气候变暖,历史时期雅鲁藏布江流域季节性冻土最大冻结深度减小,减小速率在空间上自西北向东南递减。预计未来季节性冻土退化趋势将会一直持续。在不考虑多年冻土向季节性冻土转化的情况下,雅江流域现有的季节性冻土至2180年几近消失(平均最大冻结深度~0.1m)。

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图3. “温度-冻结深度”模型校准及不同深度处站点温度随时间的动态变化

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图4. 历史时期(1980-2010)雅江流域季节性冻土最大冻结深度时空变化

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图5. 气候变化情景下雅江流域平均季节性冻土最大冻结深度预测评估

郑春苗团队2017级南科大-哈尔滨工业大学联培博士研究生季芳为论文第一作者,郑春苗和团队成员范林峰为论文共同通讯作者,南方科技大学为论文唯一通讯单位。该研究得到国家自然科学基金委和国家环境保护流域地表水-地下水综合防治重点实验室的经费支持。

论文链接:https://doi.org/10.1088/1748-9326/abb731

 

供稿:环境科学与工程学院

图片拍摄:郑春苗

通讯员:晏梓添

编辑:程雯璟

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