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導(dǎo)語

- 什么是多年凍土？

- 青藏高原多年凍土退化特征與速率如何？

- 多年凍土碳釋放與氣候的相互作用關(guān)系如何授账？

- 青藏高原多年凍土碳循環(huán)研究現(xiàn)狀如何采够？

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1.什么是多年凍土疤剑？

凍土是指在0℃或0℃以下各種巖石或土層。

凍土包括季節(jié)凍土和多年凍土闷堡。

多年凍土定義為溫度在0℃或低于0℃至少連續(xù)存在兩年的巖土層隘膘。多年凍土主要分布在高緯度和高海拔地區(qū)（圖1），約占北半球陸地面積的22%杠览。

青藏高原是中低緯度面積最大的多年凍土區(qū)弯菊，面積約1.06×106 km2，其主要特征是溫度較高踱阿、熱狀態(tài)不穩(wěn)定管钳。

圖1 青藏高原和北極地區(qū)多年凍土分布

2.青藏高原多年凍土退化特征與速率如何？

在氣候變暖背景下扫茅，青藏高原升溫速率和北極地區(qū)類似蹋嵌，約是過去十幾年全球氣溫升高速率的兩倍。

目前青藏高原多年凍土發(fā)生顯著退化葫隙，主要表現(xiàn)為地溫升高栽烂、活動層厚度增加、多年凍土面積減少及熱喀斯特地貌發(fā)育恋脚。

2003-2015年青藏公路沿線多年凍土10米地溫每十年升高約0.14℃腺办，2012-2019年青藏高原東北部祁連山區(qū)多年凍土16米地溫每十年升高約0.48℃。

圖2 青藏高原東部和中部多年凍土地溫變化特征

青藏高原多年凍土區(qū)活動層厚度范圍為100-400 cm糟描。

1982-2018年青藏公路沿線活動層厚度增加速率為每十年增加19.5 cm怀喉。

多年凍土退化最顯著的表現(xiàn)形式是熱喀斯特，在富冰多年凍土區(qū)船响，地下冰融化引起地表沉陷躬拢、坡體滑塌或熱融侵蝕等過程，進而形成熱融沉陷见间、熱融滑塌聊闯、熱融湖塘等（圖3，圖4）米诉。

圖3 青藏高原多年凍土區(qū)熱融滑塌野外照片（a和b是高寒草甸菱蔬，c和d是高寒荒漠草原）

圖4 青藏高原多年凍土區(qū)熱融湖塘野外照片（a和b是冬季氣體鼓泡現(xiàn)象，c和d是夏季湖塘監(jiān)測和湖岸塌陷現(xiàn)象）

目前青藏高原熱喀斯特地貌廣泛分布且快速發(fā)育，基于野外調(diào)查和深度學(xué)習(xí)方法在高原中部5200 km2研究區(qū)發(fā)現(xiàn)220條熱融滑塌拴泌。

利用遙感資料分析表明：

2008-2017年在~3700 km2北麓河地區(qū)熱融滑塌數(shù)量從124條增加至438條魏身，影響面積從1.31 km2增加至9.34 km2。

目前在青藏高原多年凍土區(qū)內(nèi)面積大于1000 m2的湖塘共有150000個蚪腐，湖塘總面積約2.9×104 km2箭昵，占多年凍土區(qū)面積約2.7%。

3.多年凍土碳釋放與氣候的相互作用關(guān)系如何削茁？

多年凍土由于低溫宙枷、潮濕的環(huán)境存儲大量的有機碳。

北半球多年凍土區(qū)土壤有機碳儲量為1,400-1,850 Pg茧跋，其有機碳儲量約占全球土壤碳儲量的一半，幾乎是大氣碳儲量的兩倍卓囚。

氣候變暖導(dǎo)致多年凍土退化瘾杭。

土壤溫度升高和活動層厚度增加，在這個過程中微生物活性增強哪亿，土壤有機質(zhì)被分解利用并以CO2粥烁、CH4和N2O形式釋放到大氣中，進而導(dǎo)致大氣溫室氣體濃度增加蝇棉，進一步加速多年凍土退化讨阻，形成正反饋效應(yīng)。

在區(qū)域尺度上篡殷，變暖增加了局部地區(qū)土壤碳的釋放钝吮，但變暖又促進了植被生長，從而吸收更多的碳板辽。

綜合青藏高原不同地區(qū)模擬升溫及監(jiān)測結(jié)果奇瘦，發(fā)現(xiàn)干濕土壤條件下生態(tài)系統(tǒng)碳釋放對升溫的響應(yīng)不同。

目前青藏高原總體表現(xiàn)為碳匯劲弦，但未來氣候變化可能增加多年凍土碳釋放速率耳标，減弱其碳匯功能。

圖5 多年凍土碳與氣候反饋效應(yīng)示意圖

4. 青藏高原多年凍土碳循環(huán)與氣候變化研究現(xiàn)狀如何邑跪？

根據(jù)Web of Science數(shù)據(jù)次坡，對過去幾十年來北極和青藏高原多年凍土及碳循環(huán)的研究進行了定量比較，表明青藏高原多年凍土是氣候變化研究的重要地區(qū)画畅。

通過對已有報道的采樣點分布砸琅、土壤有機碳測定方法、多年凍土區(qū)面積的界定夜赵、土壤有機碳的空間擴展技術(shù)環(huán)節(jié)綜合分析明棍，指出青藏高原多年凍土區(qū)表層2 m土壤碳儲量為19.0±6.6 Pg。這些土壤有機碳對氣候變化敏感寇僧，容易被微生物分解摊腋，不同植被類型下土壤有機碳分解的溫度敏感性系數(shù)為9.2±7.1沸版。

圖6 青藏高原多年凍土退化對碳循環(huán)的影響示意圖

熱喀斯特過程如熱融滑塌和熱融湖塘對生態(tài)系統(tǒng)碳損失和碳釋放具有重要影響。已有的地球系統(tǒng)模式主要關(guān)注多年凍土緩慢升溫過程兴蒸。但是视粮，熱喀斯特過程比較復(fù)雜而未被充分研究，因而還沒有被納入到耦合模型中橙凳，導(dǎo)致碳循環(huán)的評估具有很大不確定性蕾殴。

通過野外監(jiān)測分析表明，青藏高原熱融滑塌和熱融湖塘發(fā)育是影響溫室氣體釋放的重要過程岛啸，由于遙感技術(shù)限制钓觉，目前還缺少區(qū)域尺度擴展和整體反饋效應(yīng)評估。

為了降低多年凍土區(qū)土壤有機碳儲量及其對升溫響應(yīng)的不確定性坚踩，未來研究需要進一步探索基于有機質(zhì)來源和沉積過程對土壤有機碳分解釋放的溫度敏感性的影響荡灾，并量化多年凍土退化過程中養(yǎng)分的有效性在調(diào)節(jié)土壤有機碳動力學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)中發(fā)揮的作用。

作者簡介

牟翠翠

牟翠翠瞬铸，女批幌，1984年出生，理學(xué)博士嗓节，蘭州大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院教授荧缘。長期從事冰凍圈環(huán)境與凍土碳循環(huán)研究，在多年凍土碳釋放過程方面取得了較為系統(tǒng)的創(chuàng)新成果拦宣。主持國家重點研發(fā)計劃項目課題1項截粗，國家自然科學(xué)基金項目2項。在本領(lǐng)域主流期刊如Earth-Science Reviews恢着，Geophy. Res. Lett.桐愉，Water Res.，The Cryosphere等發(fā)表論文40篇掰派。擔(dān)任2019年聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發(fā)布《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報告》貢獻作者从诲，參與北極理事會北極監(jiān)測與評估（AMAP-2021）關(guān)于北極評估報告編寫工作；擔(dān)任中國冰凍圈科學(xué)學(xué)會（籌）理事會理事并兼任教育工作委員會主任靡羡。獲得國際冰凍圈科學(xué)協(xié)會（IACS）頒發(fā)的“最佳青年報告獎”糠涛，榮獲“施雅風(fēng)冰凍圈與環(huán)境基金”青年科學(xué)家獎短曾。

招生信息：地球系統(tǒng)科學(xué)專業(yè)碩士

Email：mucc@lzu.edu.cn

文章鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012825220304797?dgcid=author

作者：牟翠翠

編輯：張海霞

審核：郭軍明

總審核：張強弓