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多年凍土分割槽對於寒區生態、水文、氣候研究和工程基礎設施的規劃和建設都具有重要意義，是普通凍土學的重要研究內容。現存的全球尺度多年凍土分割槽主要從多年凍土本身的分佈特徵來劃分，一般根據多年凍土在平面上分佈的連續性（定義為多年凍土的面積比例）將多年凍土劃分為連續（90-100%）、不連續（50-90%）、零星（10-50%）和島狀（<10%）多年凍土。隨著認識的加深和氣候變化背景下多年凍土相關研究的需要，連續性分類體系突現出許多問題。首先，全球不一致性，如北極所謂“連續多年凍土”在水平面上的垂直投影在高山地區通常是島狀的，並不連續。其次，連續性是一個相對的術語，與製圖尺度有關，在製圖實踐中難以操作，不同的製圖方法對連續性的劃分差異巨大。第三，不能很好支援氣候變化研究對多年凍土動態描述的需求。因此，新時代多年凍土製圖不僅需要解決傳統制圖在精度和空間解析度等方面的問題，而且需要尋求發展新的分類體系。
中國科學院西北生態環境資源研究院科研人員系統基於目前北半球數量最多的多年凍土地溫鑽孔觀測，融合遙感凍結指數、融化指數、積雪日數、葉面積指數、土壤資料和輻射資料等，利用多機器學習模型集合模擬得到了北半球更高精度、空間解析度為1km的年平均地溫、多年凍土範圍等資料集；發展了基於規則的GIS決策方法，綜合新的多年凍土範圍、氣候條件、植被結構、土壤條件和地形條件以及極富冰多年凍土（yedoma）專題地圖，生產了全球第一個考慮氣候-生態系統敏感性的多年凍土生物物理分割槽圖。該圖從多年凍土的形成演化和脆弱性特徵來定義多年凍土，將陸地多年凍土劃分為氣候驅動型、氣候驅動/生態系統改造型、氣候驅動/生態系統保護型、生態系統驅動型和生態系統保護型，更好地描述了多年凍土與氣候和生態過程的複雜互動作用。
該圖顯示，北半球19%的多年凍土完全由氣候驅動，主要分佈在加拿大北極和中低緯高山地區，如青藏高原西部。這種型別的多年凍土極易受到快速氣候變暖和擾動（如冰楔）的影響。氣候驅動/生態系統改造型約佔41%，主要分佈在歐亞大陸北部和北美北部，以及蒙古南部和青藏高原東部。與原始氣候驅動的多年凍土相比，它的熱穩定性更高，但其一般具有較高的含冰量，其工程穩定性更低。氣候變暖和生態系統干擾是影響該類多年凍土穩定性的主要因素。氣候驅動/生態系統保護型約佔3%，其主要與更新世形成的Yedoma、晚更新世冰川沉積和中性冰楔地形氣候有關。生態驅動型多年凍土佔29%，主要分佈在歐亞大陸和北美不連續多年凍土帶的南緣。生態保護型多年凍土約佔8%，主要沿多年凍土帶南緣零星分佈，並可能在年平均氣溫高達2℃的地區持續存在，它僅存於演替後期的生態系統，是對干擾最敏感的多年凍土型別，且在當前氣候下干擾後無法恢復。總體來看，北半球約88%的多年凍土與生態系統有關，說明在全球尺度上生態過程可能是氣候變化背景下多年凍土穩定性的主導因素。
研究結果發表在Environmental Research Letters上。該研究獲中科院A類戰略性先導科技專項和國家自然科學基金專案等聯合資助。
北半球多年凍土生物物理分割槽
來源：中國科學院
