多年凍土與高寒草地相互依存、相互影響、協(xié)同進(jìn)化。全球變暖導(dǎo)致多年凍土融化和退化，不僅引發(fā)高寒草地顯著變化，還釋放大量溫室氣體，從而進(jìn)一步加劇全球變暖。同時(shí)，高寒草地影響地表與大氣及活動(dòng)層與多年凍土間的水分和熱量交換，進(jìn)而影響多年凍土變化（圖1），而多年凍土溫度是衡量這些變化的重要指標(biāo)。

當(dāng)前，由于對(duì)高寒生態(tài)系統(tǒng)中各種過程相互作用的研究不足，造成對(duì)氣候與高寒草地下多年凍土之間關(guān)系闡釋的不確定性。因此，有必要采用多樣化的研究視角和分析方法對(duì)青藏高原寶貴且有限的時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，以挖掘更多信息。

中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院科研團(tuán)隊(duì)利用時(shí)頻域分析方法、相關(guān)性分析法和灰色關(guān)聯(lián)度分析法，對(duì)2004至2019年間青藏高原北麓河地區(qū)不同類型高寒草地（包括高寒草甸、高寒草原、高寒沙化草原和荒地）多年凍土溫度特征及其與氣候變化的關(guān)系和控制因素進(jìn)行了深入研究。

研究表明，在時(shí)頻域中，青藏高原不同類型高寒草地的多年凍土溫度在氣候多時(shí)間尺度的控制下呈現(xiàn)出多時(shí)間尺度特征，活動(dòng)層溫度的變化主要受月氣候變化的影響，而多年凍土溫度的變化則主要受年氣候變化的影響。氣溫、降水和風(fēng)速對(duì)不同深度的多年凍土溫度有著不同程度的影響，尤其在深層部分，風(fēng)速對(duì)多年凍土的影響尤為突出（圖2）。

研究發(fā)現(xiàn)，在四種高寒草地中，高寒草甸下的多年凍土對(duì)氣候變化最為敏感，其溫度變化的小波功率譜與其它三種高寒草地不同（圖3）。這一發(fā)現(xiàn)為深入了解不同類型高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)機(jī)制提供了新的視角。

研究進(jìn)一步證實(shí)了植被對(duì)下層多年凍土的保護(hù)作用，表明植被覆蓋可以有效減緩凍土的退化。研究也探討了沙層對(duì)多年凍土變化的作用，并指出需要更多的數(shù)據(jù)來深入了解沙層在多年凍土變化中的具體作用。

該成果以Permafrost　temperature　dynamics　and　its　climate　relations　in　various　Tibetan　alpine　grasslands為題，發(fā)表于CATENA期刊上。

西北研究院助理研究員高思如為本文第一作者，吳青柏研究員為通訊作者。該研究得到第二次青藏高原科學(xué)考察與研究計(jì)劃項(xiàng)目和凍土工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主項(xiàng)目資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.catena.2024.108065

圖1　不同高寒草地類型對(duì)地表水熱交換的影響以及多年凍土融化釋放碳

圖2　多年凍土溫度與氣候因子的灰色關(guān)聯(lián)度（直方圖）和三種氣候因子對(duì)多年凍土變化影響的相對(duì)重要性排序（表）

注：AM為高寒草甸，AS為高寒草原，ADG為高寒沙化草原，BL為荒地，紅色虛線為多年凍土上限

圖3　不同深度年平均多年凍土溫度的小波功率譜（WPS）的最大值和平均值