東北大尺度高分辨率多年凍土制圖取得新突破

你知道什么是凍土嗎？顧名思義，凍土就是被凍結(jié)起來的土層，它的溫度在0℃及以下，土層中含有冰，但是地表沒有積雪。凍土一般存在于高緯度地區(qū)和中低緯的高山、高原地區(qū)。地球上的凍土總面積約為3500萬平方千米，占大陸總面積的25%，比例還真不小。其中俄羅斯和加拿大是凍土分布最廣的國家。我國也有凍土，主要分布在東北北部地區(qū)、西北高山區(qū)及青藏高原地區(qū)。

根據(jù)外界氣候條件的不同，有的凍土?xí)S著季節(jié)變化而發(fā)生周期性的融凍，如果冬季土層凍結(jié)，夏季全部融化，這種凍土叫做季節(jié)凍土。而如果凍土較厚，或者外界氣溫常年較低，凍土多年處于凍結(jié)狀態(tài)，或者至少連續(xù)3年處于凍結(jié)狀態(tài)，這種凍土叫做多年凍土。多年凍土一般是高緯度、高海拔地區(qū)較厚，低緯度、低海拔地區(qū)較薄，從高緯度到低緯度、從高海拔到低海拔逐漸減薄，以至完全消失。

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我國東北地區(qū)分布著大量凍土，但是由于受全球氣候變暖和人類活動的影響，處于歐亞大陸多年凍土區(qū)南緣的中國東北多年凍土區(qū)地表溫度逐漸升高，凍結(jié)層厚度逐漸減小，凍土的面積也在逐年縮減。但是到底減少到了多少？現(xiàn)在哪里還有凍土，哪里的凍土已經(jīng)沒了？有凍土的地方，厚度變成多少了？這些情況都很不清晰，缺少能夠反映中國東北地區(qū)多年凍土動態(tài)變化特征的多年凍土熱穩(wěn)定性分類標(biāo)準(zhǔn)和制圖，一直到2023年，許多研究與工程建設(shè)仍然在參考我國于20世紀(jì)70年代繪制的多年凍土區(qū)域分布圖，嚴(yán)重制約了區(qū)域基礎(chǔ)科學(xué)研究和綜合規(guī)劃建設(shè)的發(fā)展。

日前，東北林業(yè)大學(xué)寒區(qū)科學(xué)與工程研究院單煒教授團(tuán)隊經(jīng)過近10年調(diào)查、觀測和研究，繪制完成了最新的中國東北地區(qū)30米分辨率多年凍土分布與時空變化圖，并分別以《基于地表凍結(jié)數(shù)模型的東北多年凍土熱狀態(tài)圖》和《東北多年凍土溫度空間分布及變化特征》為題，發(fā)表在國際期刊《遙感》和《可持續(xù)發(fā)展》上，這標(biāo)志著東北大尺度高分辨率多年凍土制圖取得新突破。

單煒教授團(tuán)隊分析了2003年到2019年的年平均地表溫度和地表凍結(jié)數(shù)（SFnc）的分布與變化，分布圖顯示，我國東北不存在極穩(wěn)定的多年凍土區(qū)，由于氣溫持續(xù)升高，穩(wěn)定凍土的分布在縮小，2003年到2019年僅16年時間，多年凍土面積就從32.77萬平方公里減少到27.10萬平方公里；半穩(wěn)定多年凍土面積則有少量增加，過渡或不穩(wěn)定永久凍土面積也在增加。

多年凍土的分布特征表明，溫度較低的多年凍土主要分布在大興安嶺山脈，從漠河最北端到大興安嶺山脊中部的阿爾山；從局部來看，海拔高度是控制多年凍土層溫度的主要因素；但從整體來看，緯度是控制多年凍土分布的主要因素。多年凍土熱態(tài)分布的總體變化特征是：凍土區(qū)南邊界北移，區(qū)域凍土熱態(tài)下降，凍土解凍后亞穩(wěn)定、過渡或不穩(wěn)定凍土區(qū)增多。

這一研究成果可為我國東北地區(qū)凍土與環(huán)境區(qū)域研究提供更詳細(xì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為歐亞大陸多年凍土區(qū)氣候變化反饋、自然災(zāi)害過程研究、陸地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)預(yù)警與預(yù)防提供重要數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1]https://doi.org/10.3390/su14138178

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本文為科普中國-星空計劃作品

出品｜中國科協(xié)科普部

監(jiān)制｜中國科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

作者丨曾心月 科普創(chuàng)作者

審核丨張玉修 中科院地球與行星科學(xué)學(xué)院副教授