末次冰盛期至21世纪末典型时期北半球近地表多年冻土变化的模拟

研究不同气候(如冰期/间冰期)和变化气候(如当前多种情景)下的多年冻土变化, 不仅能够深入理解多年冻土对气候变化的响应机制, 也可为制定相关政策措施和减缓其变化影响提供重要依据. 现有研究主要聚焦于某一特定时期的多年冻土变化, 本研究利用六个气候模式的输出, 并结合地表冻结指数(SFI)模式, 综合评估了北半球近地表多年冻土在六个典型时期的变化, 包括末次冰盛期(LGM, 约2.1万年前)、全新世中期(MH, 约6000年前)、工业革命前(PI, 约1850年)、未来全球升温1.5℃和2.0℃情景以及21世纪末. 本研究利用模拟的气候异常值叠加当前观测气候态, 驱动SFI模式, 以校正多年冻土模拟中的系统性偏差. 结果表明, 近地表多年冻土范围的多模式集合结果与观测吻合较好, 面积偏差为0.27×10⁶km²(占观测总面积的1.8%). 不同气候模式模拟的当前多年冻土范围的差异较小(1.55×10⁶km²), 表明模式间离散度较低. 相对于PI时期, 当前多年冻土区年平均近地表气温的变化分别为(−10.3±2.3)℃(LGM)、(+0.1±0.5)℃(MH)、(+2.6±0.7)℃(1.5℃全球升温期, RCP4.5)、(+3.6±1.0)℃(2.0℃全球升温期, RCP4.5)和(+5.0±1.3)℃(21世纪末, RCP4.5), 相应的近地表多年冻土面积的变化分别为+33%±30%(LGM)、−13%±6%(MH)、−25%±8%(1.5℃全球升温期, RCP4.5)、−35%±10%(2.0℃全球升温期, RCP4.5)和−55%±12%(21世纪末, RCP4.5). 从LGM时期到21世纪末, 近地表多年冻土范围显著缩减, 表明其对气候变化的高敏感性, 预示其在未来气候变暖背景下可能产生深远影响.