近30a青海湖流域冻土退化特征原因分析

李小聪+辛秋玲

摘要：冻土是土壤状况的一个重要部分，冻土环境对农牧事活动、建筑行业等有着举足轻重的影响。在气候变暖的背景下，近30年青海湖流域由于气温显著升高，致使流域冻土层温度升高明显，冻土冻结深度变浅，厚度变薄，其中年最大冻土深度以每10年22.8cm的速度减小，冻土冻结时间缩短。预计未来20年，受地温上升影响，流域冻土退化将趋于加重，因此，我们提出加强生态监测，规范人为活动等措施，为冻土环境保护等生态建设提供参考。关键词：青海湖流域；冻土退化；气候变暖

一、冻土变化特征

冻土环境是青海湖流域草甸生长和发育至关重要的条件，也是影响建筑工程的关键因素。1984～2013年青海湖流域观测的季节冻土层温度显著升高，其冬半年（12月至次年5月）平均地面温度增温速率达到每10年0.7℃，其中2013年冬半年地面温度达到-0.1℃，较常年偏高2.2℃，突破近30年极值（图1a）。受其影响，1984～2014年季节冻土的冻结深度显著变浅，季节冻土厚度变薄，其中年最大冻土深度以每10年22.8cm的速度减小（图1b）。此外，0cm日平均地温≥0℃的日数增多，积温增加，热量条件变暖，季节冻土融化期显著延长，而冻土冻结时间明显缩短，2013年冻土冻结时间较历年平均减少了27.2天（图1c，d）。

图1 1984～2013年青海湖流域冻土环境变化趋势

二、气候成因分析

影响冻土的因子很多，诸如气候、地形、植被、水体、岩性和含水量等等。这些因子都积极参与大气与地面间的热交换，影响地面和地中温度状况，从而决定冻土的冻结和融化过程。从气候因子来看，冻土的形成与地表面的辐射-热量交换密切相关，土壤热交换量是连接空气与冻土层上部土层热状况的纽带。气温和地温作为影响冻土最主要的气候因子对地表面的辐射和热量交换产生影响，从而影响到冻土的变化。1984～2013年青海湖流域冬半年平均气温明显升高，升温速率为0.55℃/10年（图2a），气温的升高主要是由于最低气温的升高所引起的，最低气温的升温幅度达0.6℃/10年（图2b）。地表温度对气温变化的响应最为显著，近30年，除了0厘米地表温度上升外，青海湖流域冬半年浅层地温（5-40厘米）和深层地温（80-320厘米）都有显著的升温趋势（图2c，d），幅度介于0.24～0.59℃/10年之间，地温的升高加速了冻土层的融化，减弱了对冻土的直接冷却作用，从而导致冻土厚度下降。因此，气候变暖是冻土退化最主要的原因之一。此外，工程建设对冻土的反馈作用也不容忽视。由于工程活动对原冻土区地貌、植被及表土层结构等的干扰破坏，致使工程区及其影响区局地水热条件发生改变，促使冻土上限下降速度加快，冻结层水位下降，从而不利于土层的冻结。

图2 1984～2013年青海湖流域冬半年平均气温、最低气温及地温变化趋势

三、未来可能变化趋势及影响

在未来温室气体中排放情景下，2016～2035年间青海湖流域年平均气温在0.95～1.5℃之间。预估在中排放情景下，未来20年青海湖流域年平均地表面温度在4.3～6.4℃之间，较1984～2013年平均升高2.0℃，受地温上升影响，冻土退化趋势趋于加重，冻土冻结期较1984～2013年平均缩短12天，最大冻土深度减少至150～168.6厘米之间，与前30年平均相比减小46厘米。在未来气候变暖的背景下，青海湖流域冻土将继续出现冻土温度上升、冻结时间缩短、冻土深度变浅等退化问题，可能使冻土控制植被适应寒旱生境的能力、冻土中的大厚度区域性隔水层及其活动层对水资源的调节作用等特殊生态环境功能减弱；影响工程建筑稳定性的冻胀、融沉地质功能将增强，从而可能加速高寒草场的退化和地表水资源的减少，引发出更多的冻土区工程地质问题。同时，冻土持续退化可能使赋存于高寒草地和维系高寒草地生长发育的多年冻土表部的冻结层地下水水位能下降或消失，从而引发并加剧高寒草地的草地退化、沙漠化和盐渍化和水环境的变异。

参考文献：

[1]王绍武.现代气候学研究进展.气象出版社

[2]周淑贞.气象学与气候学.高等教育出版社endprint