科研進(jìn)展
青藏高原風(fēng)積沙層調(diào)控季節(jié)凍土熱狀態(tài)與凍融過程研究獲新進(jìn)展
青藏高原是我國凍土分布最廣泛、氣候變化響應(yīng)最敏感的區(qū)域之一。近年來，氣候變暖與風(fēng)沙化過程共同影響高原凍土環(huán)境，風(fēng)積沙覆蓋通過改變地表與地下之間的熱量傳輸，對凍土熱狀態(tài)和凍融過程產(chǎn)生重要影響。然而，已有研究多集中于風(fēng)積沙覆蓋對多年凍土的影響，對于風(fēng)積沙層如何調(diào)控季節(jié)凍土熱狀況、最大季節(jié)凍結(jié)深度及凍融節(jié)律仍缺乏系統(tǒng)認(rèn)識。
中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍圈科學(xué)與凍土工程全國重點(diǎn)實驗室研究團(tuán)隊，以青藏高原北麓河和紅梁河流域典型風(fēng)積沙覆蓋區(qū)為研究對象，開展不同厚度風(fēng)積沙層覆蓋條件下的連續(xù)地溫觀測，結(jié)合XGBoost-SHAP和偏最小二乘路徑模型等方法，定量分析了氣候因子和地表條件對季節(jié)凍土變化的相對貢獻(xiàn)，系統(tǒng)闡釋了風(fēng)積沙覆蓋調(diào)控季節(jié)凍土熱狀態(tài)和凍融過程的作用機(jī)制。
研究發(fā)現(xiàn)，風(fēng)積沙覆蓋層顯著改變了季節(jié)凍土熱狀況和最大季節(jié)凍結(jié)深度。隨著風(fēng)積沙層厚度增加，凍土凍結(jié)期明顯縮短，紅梁河流域與北麓河流域凍結(jié)期分別縮短23.5%和35.5%。在凍土融化階段，風(fēng)積沙覆蓋層同樣表現(xiàn)出差異化的調(diào)控特征，自上而下的融化期顯著縮短，其中紅梁河流域厚風(fēng)積沙覆蓋層凍土融化期縮短至11.4±5.7天，北麓河流域厚風(fēng)積沙覆蓋層凍土融化期幾乎消失。與此相反，凍土自下而上的融化期卻隨風(fēng)積沙覆蓋層增厚而延長，說明厚風(fēng)積沙層增強(qiáng)了凍融過程的不對稱性，具體表現(xiàn)為上部凍融速率加快，下部凍融速率減緩。
研究進(jìn)一步表明，凍土最大季節(jié)凍結(jié)深度總體隨風(fēng)積沙層厚度增加而變淺，風(fēng)積沙層厚度每增加1厘米，季節(jié)凍土最大凍結(jié)深度減小0.3厘米。XGBoost-SHAP分析顯示，氣溫是最大季節(jié)凍結(jié)深度的主導(dǎo)預(yù)測因子，降水和凈太陽輻射的直接貢獻(xiàn)相對較弱；但在厚風(fēng)積沙層與低植被覆蓋度共同作用下，最大季節(jié)凍結(jié)深度存在增加趨勢。偏最小二乘路徑模型表明，氣候強(qiáng)迫和局地地表條件主要通過地溫響應(yīng)共同調(diào)控凍融過程，其中區(qū)域氣候調(diào)控最大季節(jié)凍結(jié)深度的總體水平，風(fēng)積沙層厚度和植被覆蓋主要調(diào)節(jié)其局地空間格局。
該研究深化了對風(fēng)沙化背景下凍土熱穩(wěn)定性變化的認(rèn)識，為寒區(qū)工程熱穩(wěn)定性評估、凍土過程參數(shù)化以及風(fēng)沙化區(qū)域生態(tài)治理提供了科學(xué)依據(jù)。
相關(guān)成果以Modulating effects of aeolian sand cover on the thermal regime and freeze-thaw processes of seasonally frozen ground on the Qinghai-Tibet Plateau為題發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Agricultural and Forest Meteorology。西北研究院博士研究生杜文琰為論文第一作者，蔣觀利研究員和吳青柏研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目、冰凍圈科學(xué)與凍土工程全國重點(diǎn)實驗室自主部署課題和國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目（C類）的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2026.111269
基于SHAP的最大季節(jié)凍結(jié)深度（MSFD)關(guān)鍵預(yù)測因子解釋。(a)：各預(yù)測因子的相對重要性；(b)：風(fēng)沙層厚度（ST）和植被覆蓋度（VC）聯(lián)合指標(biāo)后的相對重要性；(c)：ST-VC平面上的聯(lián)合SHAP分布；(d)：固定其他氣候因子典型值下XGBoost預(yù)測的MSFD響應(yīng)面
