摘要。地表能量平衡是影响地面热状况的关键因素。随着气候变化,了解地表和地下各层中各个热通量的相互作用及其对多年冻土热状况的相对影响至关重要。分析了一组独特的高海拔气象测量数据,以确定瑞士阿尔卑斯山三个山地多年冻土站点(Murtèl–Corvatsch、Schilthorn 和 Stockhorn)的能量平衡,这些站点自 1990 年代末以来一直在瑞士多年冻土监测网络 (PERMOS) 框架内收集数据。所有站点都配备了四分量辐射、空气温度、湿度、风速和风向以及地面温度和积雪高度的传感器。这三个站点的表面和地面物质成分以及地面冰含量差异很大。能量通量是根据二十年的实地测量计算得出的。虽然辐射收支和地面热通量的确定相对简单(通过钻孔内的四分量辐射传感器和热敏电阻测量),但湍流显热和潜热通量的确定存在较大的不确定性。我们的结果表明,Murtèl–Corvatsch(1997–2018 年,海拔 2600 米)的平均气温为 −1.66 ◦ C,在测量期间上升了约 0.8 ◦ C。在 Schilthorn 站点(1999–2018 年,海拔 2900 米),测得的平均气温为 −2.60 ◦ C,平均上升了 1.0 ◦ C。Stockhorn 站点(2003–2018 年,海拔 3400 米)记录到的气温较低,平均为 −6 ◦ C。 18 ◦ C 并增加了 0.5 ◦ C。测量到的净辐射作为地表最重要的能量输入,显示出显著的差异,Murtèl–Corvatsch 的平均值为 30.59 W m − 2,Schilthorn 的平均值为 32.40 W m − 2,Stockhorn 的平均值为 6.91 W m − 2。使用鲍文比方法计算的湍流通量显示所有站点的值约为 7 到 13 W m − 2,使用总体方法计算的湍流通量显示所有站点的值约为 3 到 15 W m − 2。在融化积雪所用的能量方面观察到了很大的差异:在 Schilthorn 计算出的值为 8.46 W m − 2,在 Murtèl–Corvatsch 为 4.17 W m − 2,在 Stockhorn 为 2.26 W m − 2,反映了三个站点积雪高度的差异。总体而言,我们发现不同地点的能量通量存在相当大的差异。这些差异有助于解释和阐释大气变暖的原因。我们认识到净辐射和地面热通量之间存在很强的关系。我们的研究结果进一步证明了长期监测的重要性,以便更好地了解地表能量平衡成分的变化对永久冻土热状况的影响。所提供的数据集可用于改进永久冻土建模研究,例如,提高对永久冻土融化过程的了解。此处显示和描述的数据可在以下网站下载:https://doi.org/10.13093/permos-meteo-2021-01 (Hoelzle et al., 2021)。
Hassanpouryouzband, A.、Yang, J.、Tohidi, B.、Chuvilin, EM、Istomin, V. 和 Bukhanov, BA,2019 年。利用冻土和未冻土沉积物中烟气水合物的形成进行地质 CO2 捕获和储存:方法开发、实时尺度动力学特性、效率和包合物结构转变。ACS 可持续化学与工程。
永久冻土在世界各地的高纬度地区普遍存在,对寒冷地区的水文和生态有重大影响。气候变化可能会导致永久冻土分布发生变化,影响地下水和地表水相互作用、栖息地和生态系统、人造基础设施以及全球碳循环(Jorgenson 等人,2001 年;Nelson 等人,2002 年;Hinzman,2005 年;Walvoord 和 Striegl,2007 年;Froese 等人,2008 年;Schuur 等人,2008 年;Rowland 等人,2010 年)。目前,永久冻土的三维 (3-D) 分布受到严格限制,特别是在总永久冻土厚度的变化和未冻结区域或“taliks”的分布方面。缺乏对分布的了解限制了我们建立地下水流系统和地下水与地表水相互作用的现实概念和数值模型的能力。更好地了解当前的冻土分布对于提高我们对这些地区水文过程的了解以及评估生态系统、栖息地和基础设施对气候变化的脆弱性至关重要。绘制冻土图面临特殊挑战。由于冻土空间分布的预期变化,钻探等直接采样技术不足以表征冻土的范围或厚度,因为在寒冷地区此类数据稀疏。后勤问题也存在,因为冻土区通常道路很少,生态敏感,难以进入且成本高昂。地球物理方法提供了一种直接采样的替代方法,可以在有限的陆上旅行中提供更多空间连续的数据。地球物理方法测量地下物理特性的变化,例如电阻率、介电常数和地震速度。这些特性可能会有很大差异
图 4:截至 2019 年,德纳里委员会确定的 73 个原住民村庄受到侵蚀、洪水或冻土融化的高度威胁 18 图 5:按工作类型划分的 2016 至 2020 财年,联邦政府有义务修复阿拉斯加原住民村庄的基础设施并增强其对侵蚀、洪水和冻土融化的抵御能力 24 图 6:截至 2021 年 6 月,联邦机构、计划和可能对阿拉斯加原住民村庄获得援助构成障碍的 11 个特征 38 缩写 BIA 印第安人事务局 CDBG 社区发展拨款团 美国陆军工程兵团 EPA 环境保护署 FEMA 联邦紧急事务管理局 FHWA 联邦公路管理局 HUD 住房和城市发展部 NOAA 国家海洋和大气管理局 NRCS 自然资源保护局 DOT 交通部 USDA 美国农业部农业部
苔原和北方生态系统涵盖了北部圆形冻土区域,并正在经历快速的环境变化,对全球碳(C)预算具有重要意义。我们分析了多年时间序列,其中包含在70个永久冻土和非层状生态系统中的二氧化碳(CO 2)通量的302次估计,以及在181个生态系统中对夏季CO 2通量的672次估计。,尽管夏季的吸收率相似,但我们发现在非冻土生态系统中的年度CO 2下沉量增加,但没有多年冻土生态系统。因此,最近的非生长季节CO 2损失显着影响了多年冻土生态系统的CO 2平衡。此外,对年际变异性的分析显示,在推定的氮限制地点和在夏季降水量不太依赖用水的地方,夏季更温暖会扩大C周期(提高生产率和呼吸)。我们的发现表明,水和养分的可用性将是这些生态系统对未来变暖的C周期反应的重要预测指标。
气候变化损害。未能这样做会导致越来越频繁且危险的极端天气事件,包括热浪,干旱,野火以及大量降水和洪水(IPCC)。极端热量在所有极端天气中最大的死亡率,估计在2000年至2019年之间每年489,000次与热有关的死亡(WMO)。超过1.5°C也可能触发多个气候倾斜点,例如主要的海洋循环系统的崩溃,突然解冻的北方冻土以及热带珊瑚礁系统的崩溃 - 具有突然,不可逆的和人类的危险影响(科学)。✓即使在当前的全球变暖水平,我们已经看到了毁灭性的气候影响,包括加剧
在全球变暖 3°C 的情况下,英国预计将受到严重影响,海平面将上升 0.83 米。11 与现在相比,河流洪水造成的经济损失和受影响人数将是现在的两倍,12 到 2050 年,每年因高温死亡的人数可能高达 7,000 人,而现在约为 2,000 人。13 如果不立即采取行动,我们不能排除本世纪末气温将升至 4°C 的可能性,而且气温升高的风险可能更高。14 气温升高 4°C 将增加超过阈值的风险,从而导致全球气候发生大规模不可逆转的变化,包括冻土融化释放出大规模甲烷以及大西洋经向翻转环流崩溃。15 冰盖消失可能导致海平面在百年至千年的时间尺度上上升数米。16