斯瓦尔巴群岛多年冻土热状态与活动层动态变化研究揭示北极快速气候变暖下的关键响应机制

针对北极快速变暖背景下多年冻土退化机制不清的问题，研究人员通过斯瓦尔巴Nordenski?ld Land多年冻土观测站16个钻孔（2008-2023年）的温度监测，揭示了不同冰缘地貌（冰楔多边形、石冰川、块石场等）对气候变暖的差异性响应。研究发现活动层厚度（ALT）年增率达0.5-10.7 cm/yr，20 m深处地温十年升高0.6-0.9°C，其中基岩地貌热敏感性最高。该成果为理解北极多年冻土退化机制提供了关键现场数据。

　　

【研究背景】

北极正经历着全球最剧烈的气候变暖，斯瓦尔巴群岛作为北极变暖的"热点"区域，其地表气温增幅高达2.7°C/十年。这种快速变暖正在深刻改变多年冻土的热状态，进而影响北极生态系统、碳循环和基础设施稳定性。然而，现有研究多聚焦单一站点或区域尺度分析，缺乏对不同冰缘地貌热响应的系统观测。更关键的是，斯瓦尔巴作为巴伦支海变暖核心区，其多年冻土动态对理解整个北极冻土退化具有指示意义。

【研究概况】

挪威斯瓦尔巴大学中心（UNIS）的Sarah Marie Strand和Hanne H. Christiansen团队利用Nordenski?ld Land多年冻土观测站16个钻孔（深度1.3-38 m）长达15年的地温数据，首次系统分析了不同冰缘地貌（包括冰楔多边形、石冰川、块石场、滩脊等）的热状态演变规律。研究通过对比气象站数据，揭示了气候变暖与地貌特征的交互作用机制，相关成果发表在《Arctic Science》。

【关键技术】

研究采用YSI和GeoPrecision热敏电阻链监测地温（精度±0.05°C至±0.25°C），基于线性外推法计算活动层厚度（ALT）。利用挪威气候服务中心的4个气象站数据（Svalbard Airport等）分析气温梯度，通过表面偏移值（MAGST-MAAT）量化雪盖影响。数据覆盖60%完整水文年（9月1日至次年8月31日），重点分析10 m和20 m深度地温变化。

【主要发现】

1. 活动层厚度动态

   • ALT增幅显著：11个站点呈现0.5-10.7 cm/yr的增长速率，远超环北极CALM站点平均值（0.8 cm/yr）。Kapp Linné 1基岩站点ALT达3.1 m，创高北极记录。

   • 地貌控制响应：基岩和块石场地貌对2016年极端暖年响应最快，而冰楔多边形因夏季积水抑制ALT发展。

   • 方法差异：钻孔温度外推ALT比机械探测平均薄8 cm，反映方法学差异。

2. 10 m深度地温特征

   • 空间异质性：温度跨度达4.4°C（-6.4°C至-2.0°C），Breinosa块石场最低，Endalen基岩最高。

   • 热敏感性分级：块石场（Larsbreen）季节波动最大（1.7°C），反映空气-地表强耦合；细粒沉积物（如Old Aurora Station 2黄土台地）季节变化仅0.1°C。

3. 20 m深度变暖趋势

   • 显著升温：2008-2018年升温0.6-0.9°C/十年，相当于气温增幅的1/3-1/2，与加拿大高北极并列北极变暖最快区域。

   • 滞后效应：2016年气温峰值在20 m深度延迟3-4年显现，Endalen基岩站点升温最快（0.9°C/十年）。

【科学意义】

该研究首次证实冰缘地貌类型是调控多年冻土热响应的关键因素：

1）基岩和块石场地貌作为"气候变暖放大器"，其高导热性导致快速响应，这对北极工程风险评估具有警示意义；

2）细粒沉积物虽然热变化缓慢，但富含地下冰的特性使其更易发生形态变化（如热融沉降）；

3）建立的"地貌-气候"响应模型为改进多年冻土模拟提供了关键参数，特别是指出监测网络需覆盖不同海拔、雪盖条件和地貌类型。研究强调，在北极放大效应持续加剧的背景下，斯瓦尔巴的观测数据将为预测全球多年冻土碳释放提供重要基准。