下边界条件对多年冻土温度场变化数值模拟的影响

• 作者: 孙哲 赵林 胡国杰 乔永平 杜二计 邹德富 谢昌卫
• 来源期刊: 冰川冻土
• 关键词: 多年冻土 地温场 数值模拟 下边界条件
• 年，卷（期）: 2021,（2）
• 所属期刊栏目: 第二次青藏高原综合科学考察研究
• 页码范围: 357-369
• 页数: 13页
• 分类号: P461+.4|P642.14
• 语种: 中文
• DOI: 10.7522/j.issn.1000-0240.2021.0048

摘要

在气候变暖背景下,北半球多年冻土呈现不同程度的退化趋势,冻土升温、活动层增厚、地下冰消融改变了区域工程地质条件、地形地貌,不仅对寒区环境和工程稳定性造成潜在的威胁,还影响着这些地区的气候、水文和生态过程.因此,准确评估和预估多年冻土热状况的变化具有重要科学和实践意义.现有用于模拟多年冻土热状况的各类模式重点考虑了近地表温度场变化对多年冻土的影响,主要集中于对气温和浅表层物理过程和参数化方案等改进和优化,而对于下边界条件设置对多年冻土热状况模拟的影响少有讨论.基于一维热传导冻土模型,以五道梁地区的多年冻土为研究对象,通过设置不同的下边界方案进行模拟实验,定量评估百年尺度气候变化下不同下边界条件对多年冻土温度场变化数值模拟的影响.结果表明:近地表层(<3 m)的温度场完全由年际气候变化决定,浅层(3～15 m)及中层(15～30 m)的多年冻土温度场受下边界条件的影响逐渐显著,深层(>30 m)的地温对百年尺度气候变化的响应不仅与气候变化的幅度有关,还与多年冻土相变热的多少有直接的关系.下边界条件不恰当的设置方式会对大尺度的气候变化下多年冻土消融程度的计算造成较大的影响,进而可能对深层地温乃至多年冻土区面积变化造成严重的误判.因此,开展百年尺度多年冻土温度场变化模拟时,应采用深层或多年冻土底板以下融土层的稳定地热流作为下边界条件.