蒙古肯蒂山脉南部地区斑块状和零星分布的永久冻土监测

《Polar Science》：Monitoring of Patchy and Sporadic Permafrost in The Southern Territory of the Khentii Mountainous Region, Mongolia

本文基于蒙古国肯泰伊山脉南部零散冻土长期监测数据，分析近25-50年活动层厚度（ALT）和年平均地温（MAGT）变化特征，揭示不同冻土类型、生态条件及观测时长下ALT和MAGT增幅差异。结果显示，近20-25年ALT年均增2-4 cm，MAGT升0.01-0.02 °C，地表解冻提前2-9天/年，复冻推迟0-1天/年，冻土退化呈现显著空间异质性。

　　

作者：Sharkhuu Natsagdorj, Anarmaa Sharkhuu, Nandintsetseg Nyam-Osor

蒙古科学院地理与地理生态研究所，乌兰巴托，蒙古

摘要

本文首次总结了蒙古肯特伊山区（Khentii Mountainous region）南部地区零星分布的永久冻土长期监测的初步数据。在过去25至50年间，通过约30个钻孔进行的定期地表温度测量，研究了这些零星分布的永久冻土的活动层厚度（ALT）和年平均地表温度（MAGT）。监测结果显示，在近期气候变暖的影响下，ALT和MAGT均有所增加，其变化速率因冻土类型、当地生态条件及观测时间长度而异。在10米深度处，年平均地表温度呈现出每十年约0.08–0.22°C的长期升温趋势。

在多个钻孔中，最近观察到了冻土上层融化现象（supra-permafrost taliks）以及温暖浅层永久冻土的完全退化。此外，在具有特定水文地质条件的地区，永久冻土温度上升，而冻土厚度则从底部开始减少。长期监测数据进一步表明，ALT和MAGT的平均变化速率分别为每年约2–4厘米和每年0.01–0.02°C。在过去20至25年里，土壤表面解冻的时间提前了2–9天，而重新冻结的时间则推迟了1–2天。

引言

近几十年来，全球气候变化对生态系统（尤其是永久冻土）的热效应日益明显（Biskaborn等人，2019年）。因此，永久冻土的长期监测已成为拥有永久冻土国家的重点研究方向。国际永久冻土协会（IPA）实施的“环北极活动层监测”（Calm）和“全球陆地永久冻土网络”（GTN-P）等项目（Burgess等人，2000年）为这一研究提供了支持。

蒙古的永久冻土监测工作正式始于1996年。该国位于西伯利亚永久冻土带的南部边缘，其永久冻土以山地和干旱地区的形式存在。与高纬度地区的霍夫斯戈尔（Khovsgol）地区相比，肯特伊地区的永久冻土温度较高且变化较大。活动层厚度（ALT）和年平均地表温度（MAGT）的变化主要受 annual 土壤表面温度、地表质地及含水量影响（Kudryavtsev等人，1974年）。年平均气温和地表温度的变化具有明显的区域特征，这些变化反映了当地地形、植被和土壤湿度条件的影响。

过去60年间，蒙古的年平均气温上升了2.4°C，导致永久冻土显著退化（Dashtseren等人，2021年；Natsagdorj等人，2017年）。同时，由于积雪和植被覆盖的隔热作用，空气温度与地表温度之间存在差异（Sharkhuu等人，2012年；Sharkhuu等人，2015年）。特别是在肯特伊地区，由于气候变化的影响，永久冻土正在加速退化（Tonghua等人，2012年）。此外，地表沉积物和水文条件导致的局部土壤质地和含水量变化对该地区独特的生态系统特征具有重要影响（Qinxue等人，2022年）。

多年来，作者对肯特伊地区南部的永久冻土进行了较为深入的研究和监测（Sharkhuu，2001年；Sharkhuu等人，2008年；Sharkhuu等人，2011年；Ishikawa等人，2012年；Zhao等人，2010年；Munkhdavaa等人，2020年）。然而，目前尚未有针对蒙古其他地区的永久冻土长期监测数据的全面总结。

本文旨在总结肯特伊地区在近期气候变暖背景下，温暖、零星分布的永久冻土的热状态、活动层厚度（ALT）及其时间变化趋势的初步研究结果。以往在蒙古及邻近地区的研究主要集中在由地表空气和地面温度升高驱动的永久冻土融化过程。相比之下，本研究首次系统地量化了人为因素及特定局部地质和水文条件下永久冻土的退化过程。

钻孔位置与方法

钻孔位置与方法

在肯特伊地区，共钻探了30个深度为5–15米的钻孔，采用干钻技术，钻孔直径为14.6厘米。这些钻孔分布在不同的地貌环境中，以捕捉永久冻土状况的变化。其中5个钻孔位于30–47年前曾进行过深度温度测量的地点，便于对比分析冻土随时间的变化情况。

大多数监测钻孔位于...

气候与永久冻土条件

肯特伊地区的气候变化基于乌兰巴托气象站1980年至2020年的观测数据进行分析。过去40年间，冬季平均气温（MWAT；12月–2月）、夏季平均气温（MSAT；6月–8月）和年平均气温（MAAT）分别以每十年0.06°C、0.9°C和0.5°C的速度上升（图2a）。然而，在过去20年中，年平均气温的上升速率未超过每十年0.3°C。

讨论

本文探讨了在肯特伊地区，近期气候变暖背景下地表温度变化对永久冻土热状态和退化过程的影响。

影响活动层厚度（ALT）和年平均地表温度（MAGT）的主要自然因素是土壤表面覆盖物，尤其是植被和积雪。积雪的隔热作用不仅影响冬季土壤表面温度和季节性冻结深度，还影响年平均地表温度（MAGT）。

结论

与具有连续或不连续永久冻土分布的霍夫斯戈尔（Khovsgol）和杭盖（Khangai）山区相比，肯特伊地区由于永久冻土分布不均匀，在气候变化和人类土地利用活动的影响下，其活动层厚度和热状态变化更为显著。这一对比有助于理解肯特伊地区作为蒙古最南部、最脆弱永久冻土带的特点。

这种动态变化的主要原因是...

作者贡献声明

Nandintsetseg Nyam-Osor：撰写、审稿与编辑、数据可视化、软件处理。

Sharkhuu Natsagdorj：撰写初稿、资料收集、方法设计、数据整理。

Anarmaa Sharkhuu：审稿与编辑、数据分析。

未引用参考文献

Gravis等人，1974年；Huijun等人，2007年；Jambaljav，2017年；Natsagdorj和Gombolundev，2017年；Osterkamp，2002年；Sharkhuu和Anarmaa，2011年；Sharkhuu和Sharkhuu，2012年；Sharkhuu和Anarmaa，2015年。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

2000年至2008年间，国际永久冻土协会（IPA）和阿拉斯加大学（Fairbanks）提供了资金支持，用于购买温度数据记录仪，并资助参加国际GTN-P项目相关的国际永久冻土会议。