多年凍土變化對湖泊面積變化可能的影響

1990—2010?年青藏高原湖泊面積增加了26％。湖泊水位升高和水量增大現象歸因于區域降水量增加?。黃河源區湖泊擴張、數量增多的主要原因正是同期降水量增大、蒸發量減少和凍土退化加大了地下冰融化水補給量的直接反應；班戈錯湖泊水位持續上漲，湖面擴大的原因之一是由于該流域上游在海拔約?4?800?m?部位存在一片面積較大的多年凍土濕地，而該多年凍土區的邊緣有熱融湖塘發育。近?20?年來該地區的多年凍土的退化及其中部分地下冰的融化可能是導致班戈錯湖泊水位上升的主要原因之一。

相關研究表明，“亞洲水塔”主要河川徑流和湖泊短期內可能增加，并且這一趨勢可能將在未來（21?世紀中期）得以持續，其中印度河、恒河、雅魯藏布江、瀾滄江上游等徑流增加的幅度相對較大?。但隨著冰川規模不斷萎縮，冰雪融水的貢獻率將會不斷下降；而多年凍土區活動層增厚，土壤蓄水容量將增大，從而導致降雨下滲量增加和基流量增大?；多年凍土退化時地下冰的融化對湖泊有一定的補給作用，但是對湖泊的補給作用的大小取決于很多因素，如氣候變化的方式、幅度、凍土融化速率、深度，以及局地巖性、排水和水文地質條件等。除了多年凍土區湖泊上升之外，也有研究認為區域地下水位下降的主因是凍土退化，其導致凍結層上水水位持續下降甚至消失，從而可能導致區域產流減少。因此，多年凍土退化和水循環的相互作用需要進一步研究。

多年凍土變化對地下冰釋放量及地表形變的影響

青藏高原多年凍土年均地下冰融化量總計可達?12．7×10³km³水量，活動層加深?25?cm?引起的地下冰融水量相當于歐亞大陸北部主要河川徑流的增加量。青藏公路沿線多年凍土上限附近地下冰主要由其上部的活動層水進行補給（59％—87％），其次是下部的多年凍土水（13％—41％）；另外，下墊面的差異會顯著影響活動層水對上限附近地下冰的補給比例。比如，高寒草甸區域的活動層水對其下部上限附近地下冰的補給比例（59％—69％）小于高寒草原所在區域的活動層水補給比例（70％—87％）。

降水作為活動層水的主要補給源，對地下冰的發育和形成也有著間接的貢獻，地表徑流對淺層地下冰的形成也有顯著的補給作用。而針對多年凍土區地下冰的釋放量到底去向何處，目前研究還較少。在北麓河熱融湖塘地區，淺層地下冰融水對當地熱融湖塘的補給比例最大能達到60％左右；在昆侖山埡口地區，地下冰融水對地面徑流也有著一定的貢獻，淺層地下冰的融水對當地地表徑流的補給比例達到?37．4％，僅次于冰川融水?56．7％?的補給比例；在黃河源區，地下冰融水對當地地表徑流的貢獻比例為13．2％—16．7％。本文的研究結果反映了活動層厚度增加導致的地下冰融化對活動層底部土壤含水量有顯著的影響；然而，針對多年凍土退化對地下冰的釋放量有多大影響，地下冰釋放量到底對區域水循環的影響程度有多大，到目前為止還沒有被量化。

氣候變暖背景下，多年凍土退化還會造成多年凍土地面發生長期的沉降形變，這主要是由于進入多年凍土內部的能量過剩時多年凍土上限處地下冰融化所導致。研究表明，年間地表形變的高值區主要分布在地下冰含量較高的地區。例如，青藏高原的五道梁、北麓河地區和俄羅斯的勒拿河三角洲地區，多年凍土上限附近地下冰的融化導致了較高的年間沉降量。在五道梁地區年間沉降量可達?10．28?mm。多年凍土的年間形變也有明顯的空間差異性——北麓河高山地區多年凍土存在較為穩定，年平均形變量為?1．78?mm；而稀疏植被區域多年凍土地表形變有著明顯的不同，其年形變量在?16—0?mm?之間，退化更為明顯。

多年凍土地下冰含量較少的區域年間形變量較小，主要在青藏高原的西北部和西藏當雄縣附近?。隨著氣候變暖的加劇，地下冰融化速率加快，多年凍土年間地表下沉的速率也隨之增加。有研究表明，基于?ERS1／2?及?Envisat?數據獲得的?1995—1999?年格陵蘭島東北部地區的年平均沉降速率為?0．3—?2．4?mm／a，而?2006—2009?年地表沉降速率增加到?0．8—?2．7?mm／a，沉降速率可以很好地反映氣候在變暖、多年凍土在退化。因此，多年凍土退化導致的地面形變均與多年凍土內部地下冰直接相關，所以加強對地表形變的監測可為多年凍土區地下冰儲量的變化提供可靠的依據。

多年凍土退化給青藏高原及周邊地區的水循環過程和水資源時空分布帶來顯著影響。具體而言，多年凍土層消融可釋放水分補充地下水，從而影響區域水文過程。但這部分水分到底對區域水資源調節作用有多大尚待進一步深入研究。本文以觀測事實為基礎，結合再分析數據分析了青藏高原多年凍土變化及可能的影響，主要得到的?3?條結論。

近?10?年來，青藏高原多年凍土區呈現變暖變濕的特征，多年凍土呈現顯著的退化趨勢。其地溫明顯升高、活動層增厚和活動層底部含水量增加，活動層底部溫度變化率平均為?0．45^oC／10?a，活動層厚度變化率達到了?21．7?cm／10 a。

1980—2017?年青藏高原多年凍土區降水呈微弱的增加趨勢，增加率為?29．5?mm／10?a。多年凍土區在1980—2018?年?6—8?月的?0—100?cm?土壤含水量平均值為?0．30?m³／m³；并且多年凍土區降水整體呈現增加趨勢，每?10?年的增加率為?0．005?m³／m³。

多年凍土退化將對青藏高原水文過程、湖泊面積變化等會有明顯的影響，尤其是多年凍土退化導致的地下冰融化對于水循環會產生顯著影響，并可能引起多年凍土地面發生長期的沉降形變；但多年凍土退化對水循環究竟影響的程度有多大需要進一步深入探索。（作者：趙林，南京信息工程大學  地理科學學院；胡國杰，中國科學院西北生態環境資源研究院  冰凍科學國家重點實驗室  青藏高原冰凍圈觀測研究站；鄒德富，中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍科學國家重點實驗室青藏高原冰凍圈觀測研究站；吳曉東，中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍科學國家重點實驗室青藏高原冰凍圈觀測研究站；馬露，中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍科學國家重點實驗室青藏高原冰凍圈觀測研究站 中國科學院大學； 孫哲，中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍科學國家重點實驗室青藏高原冰凍圈觀測研究站 中國科學院大學； 原黎明，中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍科學國家重點實驗室青藏高原冰凍圈觀測研究站 中國科學院大學； 周華云，中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍科學國家重點實驗室青藏高原冰凍圈觀測研究站 中國科學院大學； 劉世博，中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍科學國家重點實驗室青藏高原冰凍圈觀測研究站 中國科學院大學。《中國科學院院刊》供稿）

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