冻土是一种对气候变化极为敏感的土体介质,故气候的变化过程能反映和模拟冻土的分布及变化趋势。基于高程—响应模型,运用高分辨率的高程数据(DEM)、经度数据(Longitude)、纬度数据(Latitude)、年平均气温数据(MAAT)和气温垂直递减率数据(VLRT)对祁连山地区近40年的多年冻土分布状况进行了数值模拟。分析表明:①该高程—响应模型模拟的冻土范围和变化趋势与相关研究所引入逻辑回归模型的模拟结果基本一致。②该模型模拟的1970s、1980s、1990s,2000s的祁连山地区冻土分布面积分别为9.75×104km2、9.35×104km2、8.85×104km2、7.66×104km2。在这40年中,冻土的分布范围呈现出明显减少的趋势。③从1970s到1980s、1980s到1990s、1990s到2000s三个时间段内,冻土分布范围的退缩速率分别为4.1%、5.3%、13.4%,其呈现逐渐增速的趋势,1990s到2000s出现了跳跃式增长。本研究可为分析长时间序列祁连山地区的多年冻土变化提供科学参考依据。

多年冻土区冻土生态系统对气候变化极其敏感,利用在长江黄河源区实测的高寒草甸和高寒草原植被生物量数据以及青藏高原降水、气温以及地温等的空间分布规律,建立了长江黄河源区高寒草甸与高寒草原等主要高寒生态系统地上与地下现存生物量对气候要素变化的多元回归模型.预测分析表明:如果未来10 a气温增加0.44℃.(10a)-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量分别递减2.7%和2.4%,如果同时降水量小幅度增加8 mm.(10a)-1,则地上生物量可基本保持现状水平略有减少;在气温增加2.2℃.(10a)-1,在降水量不变的情况下,高寒草甸和高寒草原地上生物量年分别平均减少达6.8%和4.6%,如果同期降水量增加12 mm.(10a)-1,高寒草甸地上生物量可基本维持现状水平略有增加,而高寒草原地上生物量则递增5.2%.高寒草原植被地上生物量对气候增暖的响应幅度显著小于高寒草甸,而对降水增加的响应程度大于高寒草甸.明确高寒草地植被生物量随气候变化的演变趋势,对于青藏高原生态环境保护和研究气候变化对青藏高原生态系统碳循环和河源区水循环的影响具有重要意义.

利用英国Hadley气候预测与研究中心GCM模型HADCM2预测的气温变化背景 ,分别提取青藏公路沿线地区在 2 0 0 9年、2 0 49年和 2 0 99年的气温参数 ,考虑年平均气温和年平均地温的关系及年平均地温与海拔、纬度的关系模型、多年冻土下界分布模型和地温带分带 ,建立青藏公路沿线多年冻土下界分布的响应模型和多年冻土地温带的响应模型 .研究结果表明 ,2 0 0 9年青藏公路沿线的冻土变化较小 ,多年冻土极稳定带、稳定带和基本稳定带仅发生微弱的变化 ,基本稳定过渡带和不稳定带变化较大 ,多年冻土逐渐退化 ;2 0 49年青藏公路沿线多年冻土各地温带变化较大 ,但仍以基本稳定过渡带和不稳定带变化最大 ,多年冻土发生较大范围的退化 ;2 0 99年后青藏公路沿线冻土发生了很大的变化 ,多年冻土发生大面积的退化 ,融区面积逐渐增大 ,多年冻土地温带也发生了较大的变化 ,其中多年冻土上带仅保留了稳定带 ,极稳定带全部消失 ,稳定带和基本稳定带全部转化为不稳定带

使用两个模型对青藏高原高海拔多年冻土分布现状进行模拟 .这两个模型是“高程模型”和“冻结指数模型” ,前者是建立在高海拔多年冻土三向地带性分布规律基础上的 ,描述高海拔多年冻土纬向地带性规律的高斯分布函数 ;后者是一个表面融化指数和表面冻结指数的无量纲比值 .模拟结果表明 ,青藏高原多年冻土在未来2 0～ 5 0a间不会发生本质性的变化 .但是 ,当 2 0 99年高原气温平均升高 2 .91℃后 ,青藏高原多年冻土将发生显著的变化 ,冻土消失比例高达 5 8.18% .