地球科学进展

地球科学进展 ›› 2024, Vol. 39 ›› Issue (12): 1299 -1310. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.095

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1979—2022年三江源地区大气冻融指数时空变化特征分析
倪杰1,2(), 吴通华2(), 张雪1, 朱小凡2, 陈杰2, 杜宜臻1   
  1. 1.枣庄学院 旅游与资源环境学院，山东 枣庄 277000
    2.中国科学院西北生态环境资源研究院 冰冻圈科学与冻土工程重点实验室 青海藏北高原冰冻圈特殊环境与灾害 国家野外科学观测研究站，甘肃 兰州 730000
  • 收稿日期:2024-10-13 修回日期:2024-11-28 出版日期:2024-12-10
  • 通讯作者: 吴通华 E-mail:nijie8960@163.com;thuawu@lzb.ac.cn
  • 基金资助:
    中国科学院“西部之光”交叉团队项目—重点实验室合作研究专项(xbzg-zdsys-202304);甘肃省科技重大专项(22ZD6FA005)

Variation Characteristics of Air Freezing and Thawing Indices in the Three Rivers Source Region from 1979 to 2022

Jie NI1,2(), Tonghua WU2(), Xue ZHANG1, Xiaofan ZHU2, Jie CHEN2, Yizhen DU1   

  1. 1.College of Tourism and Resources Environment, Zaozhuang University, Zaozhuang Shandong 277000, China
    2.Cryosphere Research Station on the Qinghai-Tibet Plateau, Key Laboratory of Cryospheric Science and Frozen Soil Engineering, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
  • Received:2024-10-13 Revised:2024-11-28 Online:2024-12-10 Published:2025-02-28
  • Contact: Tonghua WU E-mail:nijie8960@163.com;thuawu@lzb.ac.cn
  • About author:NI Jie, research areas include climate change and permafrost environments. E-mail: nijie8960@163.com
  • Supported by:
    the “Western Light” Interdisciplinary Team Project of the Chinese Academy of Sciences(xbzg-zdsys-202304);The Science and Technology Program of Gansu Province(22ZD6FA005)
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三江源地区是我国重要的水源涵养地与生态保护区，揭示其冻融指数特征变化可为当地多年冻土环境评估以及应对气候变化提供科学依据。利用第三极地区地面气象要素驱动数据集TPMFD的逐日气温数据，通过大气冻融指数等方法分析了该地区1979—2022年大气冻融指数的时空变化特征。结果表明，近44年三江源地区大气冻结指数平均为1 930.23 ℃·d，在空间上呈现自西向东逐渐降低的特征；融化指数表现出相反的空间格局，平均值为879.25 ℃·d。总体来看，近44年三江源地区大气冻结指数以-10.01 ℃·d/a的速率呈波动减少趋势，且在2001年发生突变；融化指数以6.29 ℃·d/a的速度呈波动上升趋势，没有发生显著的突变。海拔作为关键影响因子，对三江源地区冻融指数表现出显著的相关性，海拔每升高100 m，研究区融化指数约减少87 ℃·d，冻结指数约增加107 ℃·d。

关键词: 三江源地区, 大气冻融指数, 多年冻土, 气候变化

The Three Rivers Source Region (TRSR) is an important water source and ecological reserve in China, and analyzing the variation characteristics of its freeze-thaw index provides a scientific basis for assessing the local permafrost environment and its response to climate change. In this study, the temporal and spatial characteristics of the air freezing and thawing indices in the TRSR from 1979 to 2022 were analyzed using daily air temperature data from a high-resolution near-surface meteorological forcing dataset for the Third Pole region, applying the air freezing and thawing index and other methods. The results show that the mean freezing index in the TRSR over the past 44 years was 1 930.23 °C·d, exhibiting a spatial pattern of gradual decrease from west to east. By contrast, the thawing index displayed an opposite spatial pattern with an average value of 879.25 °C·d. Overall, the freezing index in the TRSR has shown a fluctuating downward trend at a rate of -10.01 °C·d/a over the past 44 years, with an abrupt change in 2001, whereas the thawing index has exhibited a fluctuating upward trend at a rate of 6.29 °C·d/a, with no significant abrupt change. Altitude, a key factor influencing freezing and thawing indices in the TRSR, showed significant correlations. For every 100 m increase in altitude, the thawing index decreased by approximately 87 °C·d, whereas the freezing index increased by approximately 107 °C·d.

Key words: Three Rivers Source region, Air freezing and thawing indices, Permafrost, Climate warming

中图分类号: 

图1 三江源地理位置及气象站点分布图
Fig. 1 The location of the Three Rivers Source Region （TRSR） and the distribution of meteorological station
表1 三江源地区国家气象站信息
Table 1 Information of national meteorological stations in the Three Rivers Source Region
气象站站台号纬度/°N经度/°E海拔/m
五道梁5290835.2293.084 612.21
沱沱河5600434.2292.444 533.12
杂多5601832.8995.304 066.43
玛多5603334.9298.224 272.34
久治5606733.44101.483 628.54
曲麻莱5602134.1395.814 175.03
清水河5603433.8197.144 415.42
囊谦5612532.2096.483 643.72
兴海5294335.5999.983 323.21
达日5604633.7699.653 967.53
河南5606534.73101.603 600.03
贵南5295535.59100.743 107.64
同仁5297435.55102.032 473.73
班玛5615132.93100.743 516.33
玉树5602933.0096.963 681.21
图2 TPMFD逐月气温与国家气象站数据的对比验证
Fig. 2 Comparison and verification of monthly air temperature between TPMFD and the meteorological stations
图3 1979—2022年三江源地区平均冻融指数空间分布图
Fig. 3 Spatial pattern of air freezing and thawing indices in the Three Rivers Source Region during 1979-2022
表2 三江源地区各源区空气冻融指数关键指标 (℃·d)
Table 2 The key indicators of air freezing and thawing indices in each source region of the Three Rivers Source Region
关键指标冻结指数融化指数
长江源区黄河源区澜沧江源区长江源区黄河源区澜沧江源区
最大值6 553.685 275.183 341.372 017.263 512.002 139.06
最小值645.74249.29552.181.1052.06112.00
平均值2 355.231 475.471 574.90566.281 236.421 032.59
值域5 907.945 025.892 789.192 016.163 559.952 027.06
标准差657.82531.40403.65300.95523.86393.48
图4 三江源地区多年平均大气冻融指数变化趋势的空间分布图
Fig. 4 Spatial distribution of the variation trend of annual average air freezing and thawing indices in the Three Rivers Source Region
表3 三江源各源区大气冻融指数变化趋势关键指标
Table 3 The key indicators of the change trend of air freezing and thawing indices in each source region of the Three Rivers Source Region

关键

指标

冻结指数变化率/（℃·d/a）融化指数变化率/（℃·d/a）
长江源区黄河源区澜沧江源区长江源区黄河源区澜沧江源区
平均值-11.63-8.35-8.745.237.626.14
最大值-5.63-2.66-4.709.0413.848.78
最小值-21.80-18.04-14.540.041.672.73
标准差0.442.081.451.431.540.91
图5 三江源地区1979—2022年冻融指数年际变化特征
Fig. 5 Interannual variation of air freezing and thawing indices in the Three Rivers Source Region during 1979-2022
图6 三江源地区1979—2022年大气冻融指数Mann-Kendall突变检验图
Fig. 6 Mann-Kendall abrupt change test of air freezing and thawing indices in the Three Rivers Source Region during 1979-2022
表4 不同地区大气冻融指数的变化率对比
Table 4 Comparison of the change rate of air freezing and thawing indices in different regions
研究区数据来源时段时/空分辨率变化率/（℃·d/a）参考文献
冻结指数融化指数
三江源地区TPMFD1979—2022年逐日/0.03°-10.016.29本文
祁连山区气象站点（11个）1961—2014年逐日/—-6.506.50［31］
西藏高原气象站点（34个）1978—2017年逐日/—-9.2011.10［24］
羌塘高原气象站点（5个）1971—2019年逐日/—-8.977.05［32］
青藏高原气象站点（69个）1980—2013年逐日/—-8.309.30［33］
环北极CRUNCEP1989—2015年6 h/0.5°-5.197.19［26］
图7 三江源地区大气冻融指数与海拔的关系
Fig. 7 Relationship between air freezing/thawing indices and altitude in the Three Rivers Source Region
图8 三江源地区活动层厚度与大气冻融指数的相关关系
Fig. 8 The correlations between active layer thickness and air freezing/thawing indices in the Three Rivers Source Region
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