Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 祁连山区黑河流域季节性冻土研究 | |
| 其他题名 | Investigation of Seasonally Frozen Ground over the Heihe River Basin of Qilian Mountain in Western C |
| 彭小清 | |
| 出版年 | 2013 |
| 学位类型 | 硕士 |
| 导师 | 张廷军 |
| 学位授予单位 | 中国科学院大学 |
| 中文摘要 | 据统计，多年冻土和季节冻土面积分别占北半球裸露地表的24%和57%。就面积而论，中国是世界上第三冻土大国，以青藏高原为主体的多年冻土面积约为220×104km2，约占中国国土面积的23%，季节性冻土的总面积可达80%以上。季节性冻土占据了绝大部分的陆地面积，特别是季节性冻土的一个重要特征是土壤每年的冻融循环。正是由于季节冻土的冻融循环作用（包括冻融范围、冻融深度、冻融持续时间以及冻融的变化特征等）对地~气水热交换、地表能量平衡、地表水文过程、生态系统及碳循环等都有着非常重要的影响。黑河流域是我国西北干旱区第二大内陆河流域，位于祁连山和河西走廊的中段，从南到北包括了高山冰雪带、草原森林带、平原绿洲带及荒漠戈壁带等不同的自然地理单元，各种单元具有独特的地质地貌、水文气象和土壤植被等条件。祁连山季节性冻土的研究对于该流域的生态水文模型的研究尤为重要。所以本文主要是围绕祁连山区黑河流域的季节性冻土的研究展开的。本文借助于黑河流域12个气象站的月平均气温、降水、0~320cm逐日土壤温度、DEM数据、SPOT-VGT(1998年3月至2012年4月，10天合成的数据)、6个自动气象观测站的数据（逐日的气温、降水、土壤温度和土壤水分）、土地利用类型（GLC2000）数据以及5km×5km逐月网格化气温数据（2000~2009年），建立了月平均气温与月冻结天数的关系，分析了黑河流域季节性冻土的时空变化特征和分布范围，年最大冻结深度的变化以及季节性冻土区对生态植被的影响因子的分析。主要的结论如下： 1）黑河流域季节冻土时空分布特征：根据月平均气温和月冻结天数的关系，编制了黑河流域逐月季节冻土分布图，并按其空间分布特征，将逐月地表冻融状态划分为：（月平均气温小于-7℃），不完全冻结（月平均气温介于-7℃和5℃之间）和不冻结（月平均气温大于5℃）3种。还系统研究了黑河流域2000～2009年间逐月季节冻土分布及冻结概率的时空变化特征。在季节分配上，黑河流域完全冻结面积最大值出现在1月份；不完全冻结面积最大值在11月份；而不冻结面积最大值在6、7月份。在年际变化上，完全冻结状态的离差值在冷季变化大，暖季变化小；不完全冻结状态在一年的回暖期和降温初期，年际变化较大；不冻结状态分别在4和10月份变化较大。冻结概率在1月份达到最大值，6和7月份降低到最小值。在空间分布上，黑河流域季节冻土的逐月分布与变化和冻结概率主要受海拔高度所控制，纬度的影响次之。 2）黑河流域冻融指数和最大冻结深度：通过空气冻结指数的分析，得出黑河流域年平均空气冻结指数大约是在624-5646℃?d。在空间上，其分布同流域高程分布一致。基于线性趋势和Mann-Kendall检验方法分析空气冻结指数的时间变化趋势：大部分区域都处于下降趋势，除了中游一小部分处于增加的趋势，这说明上游地区的多年冻土正处于退化的状态。通过空气融化指数的分析，得出黑河流域年平均空气冻结指数大约是在0-4558℃?d。在空间上分析，结果表明，空气融化指数同这一个时期的年平均气温的分布式一致的。基于线性趋势和Mann-Kendall检验方法分析空气融化指数的时间变化趋势：上游的一部分区域处于增长趋势，但是其斜率变化远小于冻结指数的斜率，说明上有的多年冻土区还是处于退化的状态。黑河流域12个气象站地表冻融指数分析结果显示，地表冻结指数随着海拔的升高，冻结指数升高，融化指数则相反。在黑河流域，其融冻比都大于1，而且融化指数与高程的拟合的斜率（绝对值）大于冻结指数的，这都说明该流域上游的多年冻土处于退化的状态。通过N系数的分析，发现在黑河流域 Nf 小于1。Nt 大于1，特别是在高海拔地区，其值更大。这些说明在冻结季节，地表是一个冷源，在融化季节，地表是一个热源。通过地表覆盖类型和33个站点的数据，得出整个流域的E factor。结合冻结指数，求出黑河流域的最大冻结深度。绝大部分区域冻结深度在1m以上。中游主要是在1到1.5m之间，下游主要是1.5m到2.5m之间。上游地区在1.5m以上，而且绝大部分是在2m以上。 3）黑河流域季节冻土变化对生态植被的影响：系统分析了黑河流域 NDVI的变化特征及其气候因子的响应特征。通过年平均累积和趋势线分析方法，得出在1999～2011年黑河流域NDVI的时空分布特征：年累计NDVI和年均NDVI绝大部分是处于增长的趋势，只有下游的西部和上游的南部一些地区处于退化状态。季节累积NDVI和季节平均NDVI的季节变化趋势绝大部分区域处于增长趋势；在植被退化的阶段，冬季植被退化较其它季节严重；在植被增长的阶段，秋季植被的增长较快。通过数理统计方法分析了NDVI对气象因子的响应关系：对NDVI响应最大的是土壤温度，其次是气温和降水；NDVI对气温的滞后时间大约为2旬，对降水的滞后期大约为1个月；而且春季NDVI受到前一年11月份和秋季降水影响较大；总体上浅层土壤水分对NDVI影响较深层大，这可能是在多年冻土和季节冻土区，每年地表的冻融循环变化以及冻融深度的变化，对土壤体积含水量有一定的影响，进而影响植被NDVI，这有待进一步研究。 |
| 英文摘要 | Permafrost and seasonally frozen ground regions occupy approximately 24% and 57%, respectively, of the exposed land surface of the Northern Hemisphere. In terms of permafrost areal extent, China is the third-largest in the world, comprising an area of ~2.20×106km2, or approximately 23% of its land area, mainly on the Tibetan Plateau; area of seasonally frozen ground occupies more than 80% of its land area. Soil freezing/thawing processes and their characteristics such as its areal extent, depth, time, duration and variation, have important impacts in carbon exchange between the land surface and the atmosphere, energy balance, hydrological cycle, and ecosystem as a whole. Heihe River Basin, the second-largest inland river basin in northwest China, locates between Qilian Mountain and Hexi Corridor. The river flows northward through a piedmont diluvia-alluvial plain, an alluvial-lacustrine plain, and desert, as well as three different climate zones, different landscape owning extraordinary geology and geomorphology, hydrological process and soil vegetation and other conditions. In this study, we mainly focus investigations of seasonally frozen ground over Heihe River basin. Data used in this paper include mean monthly air temperature, monthly precipitation, daily soil temperature at depths of 9 layers from 0cm to 320cm in 12 meterological stations; DEM (with a 30m resolution); SPOT-VGT data from March in 1998 to April in 2012 with ten days-synthetizing composite); daily air temperature, precipitation, soil temperature and soil moisture from 6 automatic observation stations; land use data from GLC2000 and gridded monthly air temperature data with resolution by 5km×5km from 2000 to 2009. |
| 中文关键词 | 季节冻土 ; 黑河流域 ; 冻融状态 ; 冻结深度 ; 冻融指数 ; NDVI |
| 英文关键词 | Seasonally frozen ground |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 来源学科分类 | 自然地理学 |
| 来源机构 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/287228 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 彭小清. 祁连山区黑河流域季节性冻土研究[D]. 中国科学院大学,2013. |
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