近30a青海湖流域凍土退化特征原因分析

李小聰+辛秋玲

摘要：凍土是土壤狀況的一個重要部分，凍土環境對農牧事活動、建筑行業等有著舉足輕重的影響。在氣候變暖的背景下，近30年青海湖流域由于氣溫顯著升高，致使流域凍土層溫度升高明顯，凍土凍結深度變淺，厚度變薄，其中年最大凍土深度以每10年22.8cm的速度減小，凍土凍結時間縮短。預計未來20年，受地溫上升影響，流域凍土退化將趨于加重，因此，我們提出加強生態監測，規范人為活動等措施，為凍土環境保護等生態建設提供參考。關鍵詞：青海湖流域；凍土退化；氣候變暖

一、凍土變化特征

凍土環境是青海湖流域草甸生長和發育至關重要的條件，也是影響建筑工程的關鍵因素。1984～2013年青海湖流域觀測的季節凍土層溫度顯著升高，其冬半年（12月至次年5月）平均地面溫度增溫速率達到每10年0.7℃，其中2013年冬半年地面溫度達到-0.1℃，較常年偏高2.2℃，突破近30年極值（圖1a）。受其影響，1984～2014年季節凍土的凍結深度顯著變淺，季節凍土厚度變薄，其中年最大凍土深度以每10年22.8cm的速度減小（圖1b）。此外，0cm日平均地溫≥0℃的日數增多，積溫增加，熱量條件變暖，季節凍土融化期顯著延長，而凍土凍結時間明顯縮短，2013年凍土凍結時間較歷年平均減少了27.2天（圖1c，d）。

圖1 1984～2013年青海湖流域凍土環境變化趨勢

二、氣候成因分析

影響凍土的因子很多，諸如氣候、地形、植被、水體、巖性和含水量等等。這些因子都積極參與大氣與地面間的熱交換，影響地面和地中溫度狀況，從而決定凍土的凍結和融化過程。從氣候因子來看，凍土的形成與地表面的輻射-熱量交換密切相關，土壤熱交換量是連接空氣與凍土層上部土層熱狀況的紐帶。氣溫和地溫作為影響凍土最主要的氣候因子對地表面的輻射和熱量交換產生影響，從而影響到凍土的變化。1984～2013年青海湖流域冬半年平均氣溫明顯升高，升溫速率為0.55℃/10年（圖2a），氣溫的升高主要是由于最低氣溫的升高所引起的，最低氣溫的升溫幅度達0.6℃/10年（圖2b）。地表溫度對氣溫變化的響應最為顯著，近30年，除了0厘米地表溫度上升外，青海湖流域冬半年淺層地溫（5-40厘米）和深層地溫（80-320厘米）都有顯著的升溫趨勢（圖2c，d），幅度介于0.24～0.59℃/10年之間，地溫的升高加速了凍土層的融化，減弱了對凍土的直接冷卻作用，從而導致凍土厚度下降。因此，氣候變暖是凍土退化最主要的原因之一。此外，工程建設對凍土的反饋作用也不容忽視。由于工程活動對原凍土區地貌、植被及表土層結構等的干擾破壞，致使工程區及其影響區局地水熱條件發生改變，促使凍土上限下降速度加快，凍結層水位下降，從而不利于土層的凍結。

圖2 1984～2013年青海湖流域冬半年平均氣溫、最低氣溫及地溫變化趨勢

三、未來可能變化趨勢及影響

在未來溫室氣體中排放情景下，2016～2035年間青海湖流域年平均氣溫在0.95～1.5℃之間。預估在中排放情景下，未來20年青海湖流域年平均地表面溫度在4.3～6.4℃之間，較1984～2013年平均升高2.0℃，受地溫上升影響，凍土退化趨勢趨于加重，凍土凍結期較1984～2013年平均縮短12天，最大凍土深度減少至150～168.6厘米之間，與前30年平均相比減小46厘米。在未來氣候變暖的背景下，青海湖流域凍土將繼續出現凍土溫度上升、凍結時間縮短、凍土深度變淺等退化問題，可能使凍土控制植被適應寒旱生境的能力、凍土中的大厚度區域性隔水層及其活動層對水資源的調節作用等特殊生態環境功能減弱；影響工程建筑穩定性的凍脹、融沉地質功能將增強，從而可能加速高寒草場的退化和地表水資源的減少，引發出更多的凍土區工程地質問題。同時，凍土持續退化可能使賦存于高寒草地和維系高寒草地生長發育的多年凍土表部的凍結層地下水水位能下降或消失，從而引發并加劇高寒草地的草地退化、沙漠化和鹽漬化和水環境的變異。

參考文獻：

[1]王紹武.現代氣候學研究進展.氣象出版社

[2]周淑貞.氣象學與氣候學.高等教育出版社endprint