科研动态

西北生态环境资源研究院在北半球多年冻土制图研究中取得重要进展

  •   年平均地温和活动层厚度是两个最重要的多年冻土热状态指标。长期以来,受过程认知、数据积累和制图方法等方面的限制,北半球一直缺少高精度的年平均地温和活动层厚度数据集。 

      中国科学院西北生态环境资源研究院(以下简称“西北研究院”)科研人员通过广泛的国际国内合作,系统整编了2000-2016年间北半球1002个钻孔的年变化深度地温钻孔和452个活动层厚度地面观测数据。在此基础上,利用广义加性模型、支持向量回归、随机森林、XGBoost四种模型的1000次集合平均融合更加密集的地面观测与遥感冻结指数、融化指数、积雪日数、GLASS叶面积指数、土壤和辐射等数据,模拟得到了北半球1km年平均地温和活动层厚度数据集。 

      交叉验证表明,该数据集由于融合了更多的地面观测数据和更精细的遥感观测,达到了更高的精度水平,年平均地温的RMSE1.32℃,活动层厚度的RMSE86.93厘米,偏差接近于0。 

      根据新的制图结果,剔除冰川和水体,北半球多年冻土面积约为14.7713.6018.97)百万平方公里,多年冻土区面积约为19.82百万平方公里,该结果略低于2019年欧空局CCI项目基于TTOP模型的模拟结果,比国际冻土协会(IPA1998年发布的环北极多年冻土图的估计结果小约2.59百万平方公里。新数据显示,北半球年平均地温分布具有明显的纬度梯度,从高北极极低温多年冻土区(<-10 °C)逐渐过渡到低纬度高山和高原(如青藏高原和蒙古高原)的高温多年冻土区(>-2°C)(图1)。在北极山地多年冻土区,年平均地温也显示出显著的空间分布特征,即西伯利亚东部低地、中西伯利亚高原、乌拉尔山脉、欧洲斯堪的纳维亚半岛和加拿大西部的育空河流域上游山区的多年冻土相对于同纬度多年冻土具有更低的温度。以青藏高原为核心的第三极多年冻土年平均地温平均约为-1.56±1.06°C,而北极多年冻土年平均地温约为-4.70±3.13°C。在高北极地区,多年冻土年平均地温可达到-10°C。活动层厚度的分布特征与年平均地温相似,但空间分布的细节有显著差异(图2)。区域平均活动层厚度从高北极的76.95±21.69厘米到低纬度高山和高原多年冻土区的232.40±47.95厘米,蒙古高原和中国东北部有一个狭窄的过渡带。 

      该研究结果为评估北半球多年冻土变化提供了相对可靠的基准数据,可用于支持寒区工程的规划、灾害、碳循环、水循环和生态系统等相关研究。研究结果以 New high-resolution estimates of the permafrost thermal state and hydrothermal conditions over the Northern Hemisphere 为题发表在 Earth System Science Data。中国科学院大学研究生导师、西北研究院冉有华研究员为论文第一作者,程国栋院士、金会军研究员、俞祁浩研究员等为共同作者。该研究获中国科学院A类战略性先导科技专项(XDA19070204)、国家自然科学基金项目( 42071421)联合资助。 

      文章链接

    北半球多年冻土地温分布图(2000-2016年)

     

    北半球多年冻土活动层厚度分布图(2000-2016年) 

    责编 :李暄妍