青藏高原唐古拉地区活动层厚度分布特征及其影响因素

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2022.0044

冰川冻土 ›› 2022, Vol. 44 ›› Issue (2): 376-386.doi: 10.7522/j.issn.1000-0240.2022.0044

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青藏高原唐古拉地区活动层厚度分布特征及其影响因素

杜二计¹^,²(), 杨斌³, 谭昌海³, 肖瑶¹, 刘广岳¹^,², 邹德富¹, 赵拥华¹, 吴晓东¹, 吴通华¹, 赵林⁴(), 胡国杰¹, 周华云¹^,², 李智斌⁴, 汪易³

^1.中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室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
^2.中国科学院大学，北京 100049
^3.中国地质调查局应用地质研究中心，四川成都 610036
^4.南京信息工程大学地理科学学院，江苏南京 210044

收稿日期:2021-08-16 修回日期:2022-04-11 出版日期:2022-04-30 发布日期:2022-06-10
通讯作者: 赵林 E-mail:duerji@lzb.ac.cn;lzhao@nuist.edu.cn
作者简介:杜二计，工程师，主要从事多年冻土物理勘探及活动层厚度模拟计算研究. E-mail： duerji@lzb.ac.cn
基金资助:
第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0201);国家自然科学基金项目(41931180);中国地质调查局青藏高原自然资源要素综合观测试点项目(DD20208064)

Distribution characteristics and its influencing factors of active layer thickness in Tanggula area on the Qinghai-Tibet Plateau

Erji DU¹^,²(), Bin YANG³, Changhai TAN³, Yao XIAO¹, Guangyue LIU¹^,², Defu ZOU¹, Yonghua ZHAO¹, Xiaodong WU¹, Tonghua WU¹, Lin ZHAO⁴(), Guojie HU¹, Huayun ZHOU¹^,², Zhibin LI⁴, Yi WANG³

^1.Cryosphere Research Station on the Qinghai-Tibet Plateau, State Key Laboratory of Cryospheric Science, Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
^2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
^3.Research Center of Applied Geology of China Geological Survey, Chengdu 610036, China
^4.School of Geographical Sciences, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China

Received:2021-08-16 Revised:2022-04-11 Online:2022-04-30 Published:2022-06-10
Contact: Lin ZHAO E-mail:duerji@lzb.ac.cn;lzhao@nuist.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

多年冻土区活动层的冻融过程显著影响地-气间的水热交换、地表水文过程、冰缘地貌演变及寒区工程建设。活动层厚度的空间分异规律及其空间分布的准确模拟计算是冻土学研究的基础和核心问题之一。作为青藏高原中部东西走向最大的山脉和青藏高原多年冻土的主要分布区，唐古拉地区是青藏高原南部湿润区与北部干旱区的过渡区，该地区的活动层厚度空间分异规律研究对于揭示青藏高原多年冻土区活动层厚度整体空间分布规律具有重要意义。利用唐古拉地区南、北坡两个区域野外实测活动层厚度分布数据，分析了该区域活动层厚度的空间分异特征及其主要影响因素。结果表明，活动层厚度分布的突出特点是空间分异巨大，最小值仅为1.2 m，最大值达到5.6 m。以不同植被类型区活动层的平均厚度为对比标准，其分布特征为：沼泽草甸<高寒草甸<高寒荒漠<高寒草原，高寒草原的平均活动层厚度最大。对比南、北坡，南坡活动层厚度普遍大于北坡。Stefan方程的计算结果表明，活动层厚度的变化速率随土壤含水率的变化最大，其次为土壤热导率，而随地表融化指数的变化最小。实测土壤含水率、探坑数据及地表融化指数与活动层厚度分布关系表明，影响活动层厚度空间分异的最为敏感的因素为土壤含水率，其次为土壤热导率，地表融化指数的敏感性最小。

关键词: 青藏高原, 唐古拉地区, 活动层, 土壤含水率, 土壤热导率, 地面温度

Abstract:

The freeze-thaw process of active layer significantly affects or controls the ground-air energy exchange， surface hydrology， periglacial landform and the engineering construction in permafrost regions. The spatial distribution of active layer thickness is one of the core issues in the study of permafrost regions， and its accurate spatial distribution simulation is also one of the most tough problems yet to be resolved. The Tanggula Mountains is the largest mountain range in the central part of the Qinghai-Tibet Plateau， where permafrost wildly distributes. On the basis of field investigation， this paper analyzed the spatial differentiation characteristics of active layer and its main influencing factors. There are huge spatial differences in the thickness distribution of active layers in Tanggula area， with the minimum active layer thickness is 1.2 m， and maximum is 5.6 m. The variation law of average active layer thickness of different vegetation types is： marsh meadow < alpine meadow < alpine desert < alpine steppe. Although there are significant differences in air temperature and precipitation between the south slope and the north slope， there is no significant difference in the distribution of active layer thickness. The partial derivatives of Stefan equation show that the largest changing rate of active layer thickness comes from soil moisture， followed by soil thermal conductivity， and the smallest changing rate comes from ground surface temperature. Combining with the relationship analysis between active layer thickness and measured soil moisture， test pits data and surface thawing index in the study area， the results showed that the most important factor affecting the spatial distribution of active layer thickness is soil moisture， followed by soil thermal conductivity. While the change of ground surface temperature has no significant effect on the active layer thickness， and even can be ignored.

Key words: Qinghai-Tibet Plateau, Tanggula area, active layer, soil moisture, soil thermal conductivity, ground surface temperature

中图分类号:

P642.14

杜二计, 杨斌, 谭昌海, 肖瑶, 刘广岳, 邹德富, 赵拥华, 吴晓东, 吴通华, 赵林, 胡国杰, 周华云, 李智斌, 汪易. 青藏高原唐古拉地区活动层厚度分布特征及其影响因素[J]. 冰川冻土, 2022, 44(2): 376-386.

Erji DU, Bin YANG, Changhai TAN, Yao XIAO, Guangyue LIU, Defu ZOU, Yonghua ZHAO, Xiaodong WU, Tonghua WU, Lin ZHAO, Guojie HU, Huayun ZHOU, Zhibin LI, Yi WANG. Distribution characteristics and its influencing factors of active layer thickness in Tanggula area on the Qinghai-Tibet Plateau[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2022, 44(2): 376-386.

图/表 10

图1

表1

图2

图3

表2

图4

图5

图6

表3

表4

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气象站（场）	海拔/m	年平均气温/℃	7月平均气温/℃	1月平均气温/℃	年平均降水量/mm	年最大降水量/mm	年最小降水量/mm
沱沱河	4 533	-2.6	8.8	-14.4	254	333	160
安多	4 800	-1.4	8.7	-12.4	325	399	188
唐古拉垭口	5 044	-4.6	5.7	-15.0	363	437	227

植被类型	坡向	数据量	F/（℃·d）	θ/（m³·m^-3）	λ/（W·m^-1·℃^-1）
沼泽草甸	北坡	7	1 114	0.313	1.96
沼泽草甸	南坡	4	1 248	0.408	3.34
高寒草甸	北坡	18	1 142	0.197	2.25
高寒草甸	南坡	2	1 174	0.160	2.69
高寒草原	北坡	16	1 100	0.131	3.32
高寒草原	南坡	1	1 075	0.193	2.92
高寒荒漠	北坡	15	1 092	0.154	2.45
高寒荒漠	南坡	9	1 011	0.206	4.28

探坑编号	θ/（m³·m^-3）	ρ/（g·cm^-3）	λ/（W·m^-1·℃^-1）	F/（℃·d）	ALT/m	ALT_S/m	残差/m	相对误差/%
平均							0.0	9
TA21	0.213^*	1.993	2.29	1 393	2.7^*	2.8	-0.1	4
TA34	0.253	2.189	2.76	992	1.9	2.4	-0.5	26
TA41	0.203	2.251	2.74	996	2.3	2.6	-0.3	13
TA45	0.183	2.068	2.37	925	2.4	2.5	-0.1	4
TA55	0.271	1.933	2.31	1 138	2.2	2.2	0.0	0
TA62	0.203	1.971	2.34	989	2.3	2.4	-0.1	4
TA69	0.282^*	1.896	2.29	862	1.9^*	1.9	0.0	0
TA70	0.327^*	1.733	2.09	901	1.8^*	1.7	0.1	6
TA71	0.355^*	1.629	1.94	1 041	2.1^*	1.7	0.4	19
TA72	0.139^*	2.121	2.22	1 144	3.6^*	3.1	0.5	14

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