青藏高原长江源区多年冻土退化对水文地形及地表能量平衡的影响机制研究

针对青藏高原(QTP)多年冻土退化对水文地形及地表能量平衡的定量贡献不明问题，研究人员通过改进移动网格多年冻土模型，结合新型监测网络数据，揭示了2000-2020年长江源区(SRYR)多年冻土面积减少1.32%、活动层厚度(ALT)增厚2.8 cm/a等关键变化，首次量化了地面沉降(4.1 mm/a)与融冰净水量(4.8 mm/a)，为亚洲水塔失衡机制研究提供了新视角。

　　

在全球气候变暖背景下，被称为"亚洲水塔"的青藏高原(QTP)正经历着显著的多年冻土退化过程。这一变化不仅导致地面沉降、热喀斯特地貌发育，更通过改变地下冰的分布影响区域水文循环和能量平衡。然而，传统模型难以准确量化多年冻土对水塔失衡的贡献，尤其在长江源区(SRYR)这类生态敏感带，缺乏对地面变形、融冰水量及能量交换的系统研究。

中国科学院西北生态环境资源研究院的研究人员改进了移动网格多年冻土模型(Moving-grid permafrost model)，新增了地面长期沉降/抬升、自由水动态和能量交换等物理过程。通过结合SRYR地区2019-2020年新建的监测网络数据及InSAR地表形变观测，首次实现了区域尺度多年冻土演化的高精度模拟。研究发现：2000-2020年间SRYR多年冻土面积减少1.32%，活动层厚度(ALT)以2.8 cm/a速率增厚，多年冻土顶部温度(TTOP)上升0.23°C/10a。更值得注意的是，地面沉降速率达4.1 mm/a，融冰产生的净自由水量为4.8 mm/a，且多年冻土区通过吸收热量减缓了气候变暖效应。该成果发表于《Environmental Science and Ecotechnology》，为理解QTP地区冰冻圈-水文-气候耦合机制提供了新工具。

关键技术包括：(1)改进的移动网格模型集成地面形变、自由水动态和能量交换模块；(2)基于29个钻孔的监测网络验证；(3)InSAR大范围地表形变反演；(4)SRYR地区28,767 km²范围的参数化模拟。

【研究结果】

1. 多年冻土分布特征：2020年SRYR多年冻土面积22,100 km²（占模拟区80.6%），以亚稳定型（35.2%）和不稳定型（32.1%）为主，DZAA（年变化零深度）普遍大于10 m。

2. 模型验证：GT（地温）模拟RMSE为0.82-1.55°C，ALT误差<15 cm，InSAR形变数据匹配度达82%。

3. 动态变化：20年间不稳定型冻土面积增加7.8%，年均释水量相当于区域径流量的3.2%，能量吸收使气温上升减缓0.12°C/10a。

4. 水文效应：冻土区单位面积释水量是冰川区的1.8倍，但空间异质性显著——湿地周边存在冻胀抬升（最高6.2 mm/a），而河源区沉降最剧烈（达9.4 mm/a）。

该研究首次系统量化了多年冻土退化对QTP水热平衡的三重影响机制：通过地形变形改变地表径流路径，通过冰-水相变影响地下水补给，通过潜热交换调节区域能量平衡。改进模型成功解决了传统方法对过量地下冰(Excess ground ice)分布模拟的局限性，为预测气候变化下"亚洲水塔"的稳定性提供了关键科学依据。未来需重点关注冻土-湿地协同演化对长江源区生态安全的影响。