摘要
20世纪以来全球气温普遍升高,青藏高原多年冻土也发生了明显变化。冻土退化会对区域内的水文地质条件、水热交换过程等产生显著的影响,因此研究青藏高原冻土空间分布情况和冻土退化产生的水文响应有着重要的意义。本文采用气象站点的实测数据,基于扩展冻结指数模型和Kudryavtse方法模拟了1961年-2019年青藏高原多年冻土的分布情况,并将模拟结果与前人编制图件进行一致性分析;基于Stefan方法和Kudryavtse方法模拟计算了多年冻土活动层厚度和季节冻土最大冻结深度,通过钻孔实测数据对其进行验证。在此基础上以冻土退化明显的黄河源区为典型区域,使用基流分割、小波分析、M-K检验等方法对气象、水文和冻土要素进行分析,探究多年冻土退化的水文响应。研究结果表明:扩展冻结指数模型和Kudryavtse方法与前人编制图件均处于中度一致性以上,可以较好的模拟青藏高原多年冻土分布情况;Stefan方法和Kudryavtse方法计算出的多年冻土活动层厚度和钻孔数据有一定的相关性。整体上Stefan方法计算出的活动层厚度要比Kudryavtse方法更接近实测数据。1961-2019年青藏高原多年冻土面积由1.24×10~6km~2减少至0.88×10~6km~2,整体退化速率为1.01×10~4km~2/a。多年冻土面积变化情况可划分为两个阶段:1961-2002年,多年冻土较为稳定,面积变化不大;2002-2019年,冻土退化明显,该阶段退化速率为2.22×10~4km~2/a。季节冻土最大冻结深度多年平均值处于100cm至400cm之间,空间分布上有着明显的纬度地带性和垂直地带性;时间上从1961-2019年呈现整体减少的趋势,多年平均减少速率在0.005至0.015m/a之间。多年冻土活动层厚度大多在0-300cm之间,空间上呈现由多年冻土分布中心地带向多年冻土-季节冻土接触地区逐渐增大的趋势;时间上整体表现为逐年增加,多年平均增加速率在0-0.01m/a之间。黄河源区多年冻土面积的能量波动主周期时间和水文气象要素的主周期时间一致,为46-48年。主周期内,黄河源区多年冻土呈现增加-减少-增加-减少-增加的变化趋势,而气象水文要素的变化趋势相反。多年冻土面积、年降水量以及年径流量发生突变的时间点相一致,均在2002年前后。源区内吉迈子流域的退水指数和多年冻土面积在1998年以后呈正相关。随着多年冻土退化,退水指数呈减小趋势,流域退水速率变慢,地表水-地下水之间的转化速度变慢。