中國網／中國發展門戶網訊青藏高原及周邊地區孕育著黃河、長江、恒河、瀾滄江、印度河、薩爾溫江和伊洛瓦底江等亞洲的重要河流，被稱為“亞洲水塔”。其廣泛分布的多年凍土通過獨特的水分運移影響著區域水文和水循環過程。青藏高原現存多年凍土的總面積約為?106?萬平方公里。多年凍土是在青藏高原隆升過程中逐漸形成并擴張的，并經歷了不同周期和尺度的氣候冷暖波動。在多年凍土層形成的漫長過程中，反復的成冰作用將大量水分凍結并以固態形式長期儲存于地下而形成了地下冰，現有地下冰儲量約為?12．7?萬億立方米。

在氣候變暖背景下，青藏高原多年凍土發生著廣泛的退化。最顯著的特點是多年凍土溫度升高和活動層增厚，淺表層多年凍土及其中的地下冰逐漸融化。活動層增厚引起的地表水分條件的改變是影響多年凍土區產匯流過程和生態過程的重要因素；而曾被固存并埋藏在多年凍土內部的地下冰的融化，則會導致更多的水分被釋放并參與水分的年循環過程，同時還會引起地面沉降，對高原多年凍土區的水循環過程和氣候產生影響。多年凍土區地表的水熱過程和變化在區域水文過程中也發揮著重要作用。與積雪、冰川和湖沼相比，凍融過程中的水分遷移和地下冰融化的產匯流過程對多年凍土區水循環過程的影響更為復雜。因此，明確青藏高原多年凍土變化及其影響對于認識多年凍土與區域水循環，以及生態和氣候相互作用的關系具有重要意義。

任何凍結土壤中都有未凍水的存在。未凍水主要是被土壤顆粒的吸附作用吸附以液態水膜形式存在于凍結土壤中的水分。換而言之，土壤凍結以后，無論溫度多低，其中仍然有一部分液態水沒有凍結，未凍水含量隨溫度的降低逐漸降低。當溫度接近土壤水的凍結冰點時，未凍水含量急劇升高，較小的溫度波動就能引起未凍水含量的較大變化，這個溫度變化區域稱之為劇烈相變區。當溫度遠低于劇烈相變區時，土壤中的未凍水含量很小，隨溫度波動發生的變化也很小，稱為非劇烈相變區。當凍土中存在溫度差時，較低溫度區域未凍水含量較少，具有較大的“吸附”勢能，導致未凍水有向較低溫區域遷移的趨勢。冬季時，表層土壤溫度低于下部土層溫度時，未凍水由下部向上遷移，未凍水的遷移量隨深度的增加逐漸增大；而在夏季，表層土壤溫度高于下層多年凍土溫度，未凍水發生向下遷移，且發生在劇烈相變區（活動層底部溫度接近?0℃），水分的遷移量較大。因此，當地溫梯度絕對值相同的時候，夏季由負溫梯度造成的向下遷移量大于冬季由正梯度造成的向上遷移，年循環的結果就是水分的向下遷移，并在多年凍土上部積聚，使含冰量增加。

多年凍土層的透水性能較差，作為一種大范圍的區域性隔水層或弱透水層，在一定時空尺度上阻隔或顯著減弱了大氣降水、地表水同地下水之間的水力聯系。因此，青藏高原大范圍存在的多年凍土強烈影響著地表徑流形成以及地下水的運移過程和分布格局。多年凍土的隔水作用可以提高流域融雪和降雨徑流的產流量，而多年凍土退化會直接影響寒區地下水補給源和補給量、徑流路徑和排泄過程，以及地下水與地表水的交換等。多年凍土的不均勻融化可導致多年凍土區凍土層的區域性穩定隔水作用不斷減弱，凍結層上水水位隨之下降，補給路徑延長、加深，甚至可通過新形成局部融化的“天窗”（貫穿融區）直接補給凍結層下水或凍結層間水，這對于局地到流域尺度的地下水循環，特別是地下水補、徑、排過程都產生了深刻影響。多年凍土區的徑流系數一般比非凍土區大，并隨氣候變暖、活動層增厚而明顯減小。加拿大北極地區一個多年凍土小流域的觀測結果顯示，在某些氣溫較高、降水較多年份的實測徑流量反而比正常年偏小很多。此外，多年凍土退化及活動層增厚必將導致多年凍土中大量賦存的地下冰轉化為液態水；被釋放的液態水部分參與活動層的凍融過程，而其余部分將參與區域乃至全球的水循環過程。因此，加深對多年凍土特征和變化的理解，可為進一步認識區域水循環過程提供理論基礎。

很多報道表明，活動層增厚、地下冰融化已經引發了多年凍土區大量的熱融現象，其中對局地水文循環過程影響極大的熱融現象導致了熱融湖塘的形成和擴展。在多年凍土退化初期，地下冰融化導致地表下陷形成積水洼地；積水洼地一旦出現，原有地表的水熱平衡即被打破，多年凍土的融化也就不斷加劇，熱融洼地也隨之不斷擴張而形成熱融湖塘；當湖底的多年凍土全部融化之后，凍結層上水與凍結層下水貫通而形成貫通融區，湖水可能經由這個貫穿融區被迅速排干，之后在被疏干的湖盆底部開始形成新的多年凍土。可以看出，熱融湖塘的形成—發展—消亡過程與地表水與地下水的轉換直接相關，極大地影響局地的水文條件。

基于前述認識，本文在長期觀測數據的基礎上，結合再分析數據產品，試圖通過對青藏高原水文過程密切相關的多年凍土區氣溫、降水、地溫和土壤含水量、地表融沉等特征基礎資料的分析和綜述，為“亞洲水塔”的變化及機理研究添磚墊瓦。

相關文章