基于CMIP6模式的未来气候情景下北半球多年冻土动态

　　

摘要： 全球变暖对北半球多年冻土的影响日益显著,多年冻土退化是现代冰冻圈中与气候变化相关的最紧迫问题之一。本研究基于15种不同地球系统模式(ACCESS-CM2、ACCESS-ESM1-5、BCC-CSM2-MR、CanESM5、CESM2、CESM2-WACCM、EC-Earth3、FGOALS-f3-L、IPSL-CM6A-LR、MIROC6、MPI-ESM1-2-HR、MPI-ESM1-2-LR、MRI-ESM2-0、NorESM2-LM、NorESM2-MM)的CMIP6土壤温度数据,分析了未来不同排放情境(SSP126、SSP245、SSP370和SSP585)下北半球多年冻土面积和活动层厚度(ALT)的时空格局,重点解析了影响ALT变化的主要环境驱动因子。结果表明: 各地球系统模式(ESM)对ALT的模拟能力差异显著。基于性能最优的4个ESM(MPI-ESM1-2-LR、ACCESS-ESM1-5、MPI-ESM1-2-HR和BCC-CSM2-MR)分析发现,2015—2100年间,高排放情境(SSP370、SSP585)下多年冻土面积减少速率显著加快,SSP585情境下冻土面积消退速率为SSP126情境的8倍;SSP126情境下多年冻土面积增加,SSP245、SSP370和SSP585情境下则持续减少。ALT在未来所有情境下均显著增加,最高排放情境SSP585的年增速是最低排放情景SSP126的22倍。每年冻土融化结束时间将逐渐从9月推移至11月,导致冻土融化持续时间逐渐增加。作为关键影响因素,空气温度、空气湿度、植被叶面积指数、积雪和风速在研究区大部分区域对冻土退化表现为明显正效应,土壤水分表现为负效应。未来通过控制温室气体排放,可以明显延缓冻土退化过程,降低北半球多年冻土面临的快速消融风险。