青藏高原多年冻土区热融滑塌发育特征及规律

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2022.0022

摘要/Abstract

摘要：

在全球气候变暖和高原多年冻土持续退化的背景下，青藏高原多年冻土区热融滑塌现象普遍发育，其形成不仅影响区域生态环境，还可能威胁工程构筑物的稳定性。本文在多年野外调查工作的基础上，结合遥感及历史气象资料对青藏高原多年冻土区热融滑塌的诱发因素、分布特征及演化过程进行了分析。结果表明：冻土活动层滑脱的发生是诱发青藏高原多年冻土区热融滑塌的主要因素，其次为工程扰动和湖水的热侵蚀；活动层滑脱型热融滑塌的发育过程主要包括冻土活动层滑脱的发生、后缘坍塌后退及坡面泥流的形成等三个阶段，热融滑塌形成以后其溯源侵蚀过程将持续数年甚至十几年直到后缘位置地下冰含量明显减少或者消失为止；在空间分布方面，热融滑塌更倾向于分布在坡度较为平缓（3°~8°）的丘陵山地及山麓区域的阴坡一侧；近年来青藏高原多年冻土区热融滑塌呈剧烈增多的趋势，且这种骤增现象主要发生在有极端气温出现的特殊年份，并不是均匀的分布在每一年。研究成果对未来青藏高原工程规划、资源开发及环境协调发展具有重要的指导意义。

关键词: 青藏高原, 热融滑塌, 冻土活动层滑脱, 多年冻土

Abstract:

Under the background of global warming and continuous degradation of permafrost， retrogressive thaw slumps are widespread in the permafrost region of the Qinghai-Tibet Plateau （QTP）， which not only affects the regional ecological environment， but also influences the stability of engineering structures. Based on field investigations， remote sensing interpretation and meteorological data， the triggering factors， distribution characteristics and evolution process of retrogressive thaw slumps in permafrost region of the QTP were analyzed this paper. Results showed that the occurrence of active layer detachment is the main factor that induce the retrogressive thaw slumps in permafrost region of the QTP， followed by the engineering disturbance and the thermal erosion of lake water. The development process of retrogressive thaw slumps which induced by active layer detachment mainly includes three stages， they are the occurrence of active layer detachment， the collapse and retreat of the headwall and the formation of slope mudflow. The source erosion after the formation of retrogressive thaw slump will last for several years or even more than ten years until the content of ground-ice in the back edge is significantly reduced or disappeared. In terms of spatial distribution， retrogressive thaw slumps tend to be distributed on the side of the shady slope in the hilly and piedmont regions with gentle slope （3°~8°）. In addition， the retrogressive thaw slumps in permafrost region of the QTP had significantly increased in recent years， and such intensification of retrogressive thaw slumps did not increase steadily over the study period but was rather concentrated during the special years with extreme high air temperature. The research results will provide references for the future engineering planning， resource development and environmental protection on the QTP.

Key words: Qinghai-Tibet Plateau, retrogressive thaw slump, active layer detachment, permafrost

中图分类号:

P642.14

罗京, 牛富俊, 林战举, 刘明浩, 尹国安, 高泽永. 青藏高原多年冻土区热融滑塌发育特征及规律[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 96-105.

Jing LUO, Fujun NIU, Zhanju LIN, Minghao LIU, Guoan YIN, Zeyong GAO. The characteristics and patterns of retrogressive thaw slumps developed in permafrost region of the Qinghai-Tibet Plateau[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2022, 44(1): 96-105.

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图6

参考文献 34

1	Zhou Youwu， Guo Dongxin， Qiu Guoqing， et al. Geocryology in China［M］. Beijing： Science Press， 2000.
	周幼吾，郭东信，邱国庆，等. 中国冻土［M］. 北京：科学出版社， 2000.
2	Zhang T， Barry R G， Knowles K， et al. Statistics and characteristics of permafrost and ground-ice distribution in the Northern Hemisphere［J］. Polar Geography， 1999， 23（2）： 132-154.
3	Serreze M C， Walsh J E， Chapin F S I， et al. Observational evidence of recent change in the northern high-latitude environment［J］. Climatic Change， 2000， 46（1）： 159-207.
4	Hinzman L D， Bettez N D， Bolton W R， et al. Evidence and implications of recent climate change in northern Alaska and other Arctic regions［J］. Climatic Change， 2005， 72（3）： 251-298.
5	Liljedahl A K， Boike J， Daanen R P， et al. Pan-Arctic ice-wedge degradation in warming permafrost and its influence on tundra hydrology［J］. Nature Geoscience， 2016， 9（4）： 312-318.
6	Chadburn S E， Burke E J， Cox P M， et al. An observation-based constraint on permafrost loss as a function of global warming［J］. Nature Climate Change， 2017， 7（5）：340-344.
7	Li Xin， Cheng Ghuodong. A GIS-aided response model of high-altitude permafrost to global change［J］. Science in China， Series D： Earth Sciences，1999， 42（1）：72-79.
8	Wu Qingbai， Liu Yongzhi. Ground temperature monitoring and its recent change in Qinghai-Tibet Plateau［J］. Cold Regions Science and Technology， 2004， 38（2/3）： 85-92.
9	Zhao Lin， Wu Qingbai， Marchenko S S， et al. Thermal state of permafrost and active layer in Central Asia during the international polar year［J］. Permafrost and Periglacial Processes， 2010， 21（2）： 198-207.
10	Wu Qingbai， Zhu Yuanlin， Liu Yongzhi. Evaluation model of permafrost environment change under human engineering activities［J］. Science in China， Series D： Earth Sciences， 2002， 32（2）： 141-148.
	吴青柏，朱元林，刘永智. 人类工程活动下冻土环境变化评价模型［J］. 中国科学（D辑：地球科学）， 2002， 32（2）： 141-148.
11	Zhuotong Nan， Li Shuxun， Cheng Guodong. Prediction of permafrost distribution on the Qinghai-Tibet Plateau in the next 50 and 100 years ［J］. Science in China， Series D： Earth Sciences， 2004， 34（6）： 528-534.
	南卓铜，李述训，程国栋. 未来50与100 a青藏高原多年冻土变化情景预测［J］. 中国科学地球科学（D辑：地球科学）， 2004， 34（6）： 528-534.
12	Lantuit H， Pollard W H， Couture N， et al. Modern and late Holocene retrogressive thaw slump activity on the Yukon coastal plain and Herschel Island， Yukon territory， Canada［J］. Permafrost and Periglacial Processes， 2012， 23（1）： 39-51.
13	Wang Baolin， Paudel B， Li Haoqiang. Retrogression characteristics of landslides in fine-grained permafrost soils， Mackenzie Valley， Canada. Landslides， 2009， 6（2）： 121-127.
14	Lantz T C， Kokelj S V， Gergel S E， et al. Relative impacts of disturbance and temperature： Persistent changes in microenvironment and vegetation in retrogressive thaw slumps［J］. Global Change Biology， 2009， 15（7）：1664-1675.
15	Mesquita P S， Wrona F J， Prowse T D. Effects of retrogressive thaw slumps on sedimentchemistry， submerged macrophytebiomass， an invertebrate abundance of uplandtundra lakes［J］. Hydrological Processes， 2008， 22： 145-158.
16	Woods G C， Simpson M J， Pautler B G， et al. Evidence for the enhanced lability of dissolved organic matter following permafrost slope disturbance in the Canadian High Arctic［J］. Geochimica et Cosmochimica Acta， 2011， 75（22）： 7226-7241.
17	Jia Lin， Fan Chengyan， Mu Mei， et al. Studies of thermokarst and its effects on ecosystem carbon cycle in the Third Polar regions and the Arctic［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2020， 42（1）： 157-169.
	贾麟，范成彦，母梅，等. 从第三极到北极：热喀斯特及其对碳循环影响研究进展［J］. 冰川冻土， 2020， 42（1）： 157-169.
18	Ma Qiang， Jin Huijun. Impacts of climate warming on soil organic carbon pools in permafrost regions［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2020， 42（1）： 91-103.
	马蔷，金会军. 气候变暖对多年冻土区土壤有机碳库的影响［J］. 冰川冻土， 2020， 42（1）： 91-103.
19	Jin Dewu， Niu Fujun， Li Ning. In-situ monitoring and analysis of thaw slumping and deformation in gentle sloping ground of permafrost soils on Qinghai-Tibetan Plateau［J］. Journal of Engineering Geology， 2006， 14（5）： 677-682.
	靳德武，牛富俊，李宁. 青藏高原多年冻土区热融滑塌变形现场监测分析［J］. 工程地质学报， 2006， 14（5）： 677-682.
20	Wang Yibo， Sun Zhe， Sun Yan. Effects of a thaw slump on active layer in permafrost regions with the comparison of effects of thermokarst lakes on the Qinghai-Tibet Plateau， China［J］. Geoderma， 2018， 314： 47-57.
21	Mu Cuicui， Shang Jianguo， Zhang Tingjun， et al. Acceleration of thaw slump during 1997—2017 in the Qilian Mountains of the northern Qinghai-Tibetan Plateau［J］. Landslides， 2020， 17（5）： 1051-1062.
22	Burn C R， Lewkowicz A G. Canadian landform examples-17 retrogressive thaw slumps［J］. The Canadian Geographer，1990， 34（3）： 273-276.
23	Kokelj S V， Lantz T C， Kanigan J， et al. Origin and polycyclic behaviour of tundra thaw slumps， Mackenzie delta region， Northwest territories， Canada［J］. Permafrost and Periglacial Processes， 2009， 20（2）： 173-184.
24	Jorgenson M T， Osterkamp T E. Response of boreal ecosystems to varying modes of permafrost degradation［J］. Canadian Journal of Forest Research， 2005，35（9）： 2100-2111.
25	Lacelle D， Bjornson J， Lauriol B. Climatic and geomorphic factors affecting contemporary （1950—2004） activity of retrogressive thaw slumps on the Aklavik Plateau， Richardson Mountains， NWT， Canada［J］. Permafrost and Periglacial Processes， 2010， 21（1）： 1-15.
26	French H M. The periglacial environment［M］. 3rd Ed. John Wiley & Sons， Ltd. 2017： 232.
27	Lewkowicz A G. Dynamics of active-layer detachment failures， Fosheim Peninsula， Ellesmere Island， Nunavut， Canada［J］. Permafrost and Periglacial Processes， 2007， 18（1）： 89-103.
28	Gooseff M N， Balser A， Bowden W B， et al. Effects of hillslope thermokarst in northern Alaska［J］. Eos， Transactions American Geophysical Union， 2009， 90（4）： 29-30.
29	Lewkowicz A G， Harris C. Frequency and magnitude of active-layer detachment failures in discontinuous and continuous permafrost， northern Canada［J］. Permafrost and Periglacial Processes， 2005， 16（1）：115-130.
30	Luo Jing. Thaw-induced slope failures and their occurrence susceptibility assessment in Qinghai-Tibet Engineering Corridor［D］. Beijing： University of Chinese Academy of Sciences， 2015.
	罗京. 青藏工程走廊冻土斜坡失稳及易发性评价研究［D］. 北京：中国科学院大学， 2015.
31	Niu Fujun， Luo Jing， Lin Zhanju， et al. Thaw-induced slope failures and stability analyses in permafrost regions of the Qinghai-Tibet Plateau， China［J］. Landslides， 2016， 13 （1）： 55-65.
32	Jakob M. The impacts of logging on landslide activity at Clayoquot Sound， British Columbia［J］. Catena， 2000， 38（4）： 279-300.
33	Nagarajan R， Roy A， Vinod Kumar R， et al. Landslide hazard susceptibility mapping based on terrain and climatic factors for tropical monsoon regions［J］. Bulletin of Engineering Geology and the Environment， 2000， 58（4）： 275-287.
34	Luo Jing， Niu Fujun， Lin Zhanju， et al. Recent acceleration of thaw slumping in permafrost terrain of Qinghai-Tibet Plateau： an example from the Beiluhe region［J］. Geomorphology， 2019， 341： 79-85.

时间（年-月）	后退距离/m
时间（年-月）	No.1	No.2	No.3	No.4	No.5	No.6	No.7	No.8
2018-09	0	0	0	0	0	0	0	0
2019-05	1.2	1.5	4.1	8.8	4.4	3.5	2.8	1.2
2019-09	8.5	8.8	24.3	32.5	28.8	28.5	22.6	14.2
2020-05	9.8	9.2	25.5	34.2	30.6	30.4	24.5	16.4
2020-09	13.5	15.4	43.8	60.4	54.5	53.8	46.8	25.5

[1]	李艳, 金会军, 温智, 赵子龙, 金晓颖. 多年冻土区斜坡稳定性研究综述[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 203-216.
[2]	孟雅丽, 段克勤, 尚溦, 李双双, 邢莉, 石培宏. 基于CMIP6模式数据的1961—2100年青藏高原地表气温时空变化分析[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 24-33.
[3]	柴乐, 张威, 刘亮, 马瑞丰, 唐倩玉, 李亚鹏, 乔静茹. 青藏高原东南部他念他翁山全新世早中期冰进事件研究[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 307-315.
[4]	张怡, 段克勤, 石培宏. 1979—2100年青藏高原夏季大气0 ℃层高度变化分析[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 34-45.
[5]	达伟, 王书峰, 沈永平, 陈安安, 毛炜峄, 张伟. 1957—2019年昆仑山北麓车尔臣河流域水文情势及其对气候变化的响应[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 46-55.
[6]	李智斌, 赵林, 刘广岳, 邹德富, 汪凌霄, 杨斌, 杜二计, 胡国杰, 周华云, 王翀, 幸赞品, 赵建婷, 殷秀峰, 迟鸿飞, 谭昌海, 陈文. 冻结季沱沱河源多年冻土区活动层土壤水分含量分析[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 56-68.
[7]	周华云, 刘广岳, 杨斌, 邹德富, 赵林, 杜二计, 谭昌海, 陈文, 杨朝磊, 文浪, 旺扎多吉, 张浔浔, 肖瑶, 胡国杰, 李智斌, 谢昌卫, 汪凌霄, 刘世博. 长江上游沱沱河源区多年冻土发育特征[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 69-82.
[8]	刘广岳, 邹德富, 杨斌, 杜二计, 周华云, 肖瑶, 赵林, 谭昌海, 胡国杰, 庞强强, 王武, 孙哲, 朱小凡, 殷秀峰, 汪凌霄, 李智斌, 谢昌卫. 青藏高原腹地各拉丹冬南北坡多年冻土考察初步结果[J]. 冰川冻土, 2022, 44(1): 83-95.
[9]	除多,扎西顿珠,次丹玉珍. NOAA IMS雪冰产品在青藏高原积雪监测中的适用性分析[J]. 冰川冻土, 2021, 43(6): 1659-1672.
[10]	卓嘎,罗布,巴桑曲珍. 青藏高原那曲中部土壤温湿分布特征[J]. 冰川冻土, 2021, 43(6): 1704-1717.
[11]	王世金,魏彦强,牛春华,张云飞. 青藏高原多灾种自然灾害综合风险管理[J]. 冰川冻土, 2021, 43(6): 1848-1860.
[12]	李飞,郭佳锴,张世强. VIC-CAS导热率和未冻水算法改进及其对多年冻土水热过程模拟的实验研究[J]. 冰川冻土, 2021, 43(6): 1888-1903.
[13]	李若晨,申保收,武小波,杨方社,郭忠明. 青藏高原典型山地冰川中痕量元素的空间分布和来源分析[J]. 冰川冻土, 2021, 43(5): 1277-1289.
[14]	曹瑜,游庆龙,蔡子怡. 1961—2019年青藏高原中东部夏季强降水与大尺度环流的关系[J]. 冰川冻土, 2021, 43(5): 1290-1300.
[15]	王一博,吕明侠,赵海鹏,高泽永. 青藏高原多年冻土区活动层土壤入渗特征及机理分析[J]. 冰川冻土, 2021, 43(5): 1301-1311.