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东北冻土退化,寒区环境发生了什么改变?

在气候变暖背景和人类活动共同作用下,我国东北地区冻结期缩短、多年冻土退化显著;

多年冻土退化显著地改变了区域景观、生态系统和工程稳定性,给水资源开发利用带来契机;

工程规划建设需考虑冻土变化影响并进行预判。



东北冻土对气候变化极为敏感

      我国东北多年冻土是兴贝型多年冻土(指分布在中国兴安岭和蒙古、俄罗斯外兴安岭、贝加尔湖地区的多年冻土)的一部分,总体上处于欧亚大陆中高纬度多年冻土带南缘,主要分布在大小兴安岭和松嫩平原北部,是高纬度和高海拔多年冻土的过渡类型。

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研究显示,近几十年来,尤其是上世纪70年代到90年代,受到气候变暖和人类活动的影响,东北多年冻土退化显著,出现冻土南界北移、消融区扩大等退化现象。

此外,过去70年,多年冻土退化还表现出一定的纬度和高度地带性特征,冻土南界向北移动了0.1~1.1个纬度,平均海拔升高了160.5米;大片连续多年冻土和岛状多年冻土的退化比较明显,其中呼伦贝尔高原、松嫩平原北部以及小兴安岭北部多年冻土退化最显著。

受到气候变暖等因素影响,黑龙江冻结期缩短,季节冻土区最大季节冻结深度减少。监测显示,从1961年至2016年,黑龙江省最大季节冻结深度的多年平均值约为171.6厘米,呈显著减小趋势,减小速率约为9.9厘米/10年。1969年最大季节冻结深度约为210.6厘米,而2014年最大季节冻结深度约为126.1厘米。2011年至2016年的最大季节冻结深度平均值约为145.3厘米,且还在持续减小。


冻土退化随着气候变化和人类活动的影响逐渐加剧,总体来说,冻土区域南部退化大于北部,城镇大于乡村;另一方面,冻土的变化影响陆地表面的热平衡,又反作用于气候系统。


研究表明,气温升高、地温滞后气温变化是多年冻土退化的主要原因。在年尺度上,夏季吸收的热量大于冬季释放的热量,冬季积雪的保温作用促进地温升高,加速冻土融化。此外,森林火灾过火面积的增大,也会加速多年冻土的退化。

虽然沼泽、湿地和植被的增长可以减缓冻土退化。但近几十年来的人类活动,如城镇化、工程建设、矿产开采等不同程度加剧了区域多年冻土退化。


冻土退化影响有利有弊


多年冻土退化对区域生态环境、水文过程、碳循环以及寒区工程建设和运行产生了重大而深远的影响。

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专家认为,多年冻土退化引起森林草原退化,生态脆弱性加剧;部分区域水位下降无法满足植被生长,冻土退化显著改变了区域景观和生态系统稳定性,由此带来的问题表现为兴安落叶松占绝对优势的天然林带锐减,天然林带北移。

此外,冻土退化诱发冻胀和融沉等冻融灾害,对区域公路、铁路、输油管道和机场运行带来不利影响,增加其维护成本。


冻土退化也并非毫无益处。由其导致地表浅层水分向深层流动,改变了区域的水循环和补径排特征,加快了地表水和地下水的循环交替,有利于水资源的开发和综合利用。

近年来,我国多年冻土退化使东北地区农作物种植北界向北移动了4个纬度,作物种植和收获的时间提前。


总体而言,东北地区南部多年冻土退化利大于弊,而北部多年冻土退化危害更大。因为它也造成了冻结层上水和冻结层下水“混合”,容易引起地下水污染。监测显示,在呼伦贝尔高原冻土退化带,水位下降使得区域干旱加剧;冻土退化还诱发了热融滑塌、冻土滑坡、热融湖塘、冰锥、冰幔等冻融灾害,大面积改变局地地貌景观。


减少温室气体排放仍是重要举措


气候变暖和人类活动是多年冻土退化的“罪魁祸首”。因此,减缓气候变化、减轻人类活动影响是保护冻土的必然选择。

专家建议,加强东北多年冻土和冻融灾害的调查研究和监测,开展与森林生态、湿地生态、工程稳定性关系等研究;通过冻土和寒区环境的监测,研究其退化机理,并及时采取适应性和整治性措施保护和修复区域环境。

对于多年冻土退化幅度较大且对环境变化较为敏感的区域,应加大区域生态环境保护力度。

目前,我国在东北多年冻土区建立的国家自然保护区和森林公园超过60处。另外,退耕还林、退牧还草、退耕还湿工程的实施,有效缓解了东北地区由于不合理利用土地而导致的土地沙漠化、盐碱化、水土流失等诸多问题。

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目前,对于可能导致或加剧冻土环境破坏的重大工程,首先需要对其进行气候可行性论证,在工程建设规划时对可持续发展路径下多年冻土变化趋势做出预判,合理利用区域土地、水资源,采取积极的应对措施减缓工程对多年冻土的影响,增强寒区环境和工程应对气候风险的能力。
此外,在保护冻土的同时,应尽量减少人类活动带来的影响,合理布局城镇化发展和工程建设规划,整合城市群资源,促进新型城市群发展,建设围绕农业、林业产业、生态旅游、边贸旅游为主体的特色城镇,以绿色发展来保护冻土环境。


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