8月2日，环地学院南卓铜教授团队在地球科学重要期刊Earth’s Future（IF=8.2）上发表研究论文 “Reassessing Alpine Permafrost Thermal State by Accounting for Ground Ice”。该研究聚焦青藏高原多年冻土本底状态评估，揭示了地下冰在多年冻土热状态中的关键作用，为提升未来多年冻土退化预测能力和高寒地区生态环境保护提供了重要科学支撑。

多年冻土是冰冻圈的重要组成部分，主要分布在高纬度和高海拔地区。青藏高原是世界上面积最大的高海拔多年冻土区之一，约40%的区域分布有多年冻土。近几十年来，随着气候持续变暖，青藏高原多年冻土正经历着广泛的退化，表现为地温升高、活动层增厚等，并进一步影响区域水文过程、生态系统稳定性以及温室气体释放。多年冻土的本底热状态是进行未来变化预估、科学决策的关键。

目前，科学界通常采用多年平均地温（mean annual ground temperature，MAGT）作为多年冻土热状态评价的重要指标。然而，多年冻土本质上是一个热力学系统，其热状态由与温度相关的感热以及与地下冰相关的潜热共同决定。因此，仅依赖地温指标可能难以全面反映当前多年冻土真实的热状态及未来退化可能性。

针对这一问题，南卓铜教授团队提出了一种整合地温和地下冰信息的多年冻土热状态新指标——基于焓变变化的多年冻土热状态指标（enthalpy change-based metric，ΔH′）。该指标从热力学角度出发，将多年冻土当前状态与完全融化状态之间所需吸收的热量作为评价依据，实现了对多年冻土内部“冷能储备”的综合刻画。

研究基于团队研发的Noah-Tibet过程模型（在Noah陆面过程模型基础上针对青藏高原环境特点进行系统性修改），通过设置不同初始温度条件和地下冰含量条件，开展控制实验，系统比较了传统指标（MAGT）与新指标ΔH′在表征多年冻土存续时间方面的能力。

图1 数值实验示意图

数值实验结果表明，多年冻土存续时间不仅受到温度条件控制，还显著受到地下冰含量影响（图2a）。传统分类中的“不稳定多年冻土”（MAGT介于−0.5～0℃）在0.4℃/10a的持续升温条件下仍可能维持30–100年，说明单纯依靠地温指标可能无法准确判断多年冻土退化风险。相比MAGT，ΔH′与多年冻土存续时间之间呈现更加稳定的线性关系，具有更高的解释能力和更强的区分能力（图2d，e），因而更适合用于度量多年冻土的热状态。

图2 新旧指标的比对

基于已有多年冻土地温和地下冰数据格网数据，研究团队进一步利用ΔH′对青藏高原多年冻土热状态进行了重新评估（图3）。结果显示，青藏高原多年冻土热状态具有显著空间异质性。稳定性较高的多年冻土主要分布于昆仑山—阿尔金山—祁连山等高海拔山地区域，以及湖泊密集的可可西里地区（图3a）。这些区域具有较高的地下冰储量，能够提供更多潜热支撑。稳定性较低的多年冻土主要分布于多年冻土与季节冻土过渡带。沿海拔、地温、经度以及干旱度梯度分析表明，ΔH′随环境条件变化呈现明显规律（图3b-e），其整体空间分布反映了气候条件、地形以及地下冰储存共同作用下多年冻土热状态的综合响应特征。

图3 基于ΔH’重绘的青藏高原多年冻土热状态

两种指标所指示的青藏高原多年冻土热稳定性存在明显的空间分异：以ΔH′为参照，MAGT高估了青藏高原西部地区多年冻土稳定性但低估了东南部以及湖泊周边区域多年冻土稳定性（图4a）。为揭示造成两类指标差异的环境驱动机制，研究团队结合随机森林模型和SHAP可解释机器学习方法开展归因分析（图4b）。结果表明，降水、土壤粗颗粒比例以及太阳短波辐射是影响MAGT与ΔH′差异的主要因素。在青藏高原西部干旱区域，较低的降水量和较粗的土壤质地限制地下水补给及地下冰形成，使多年冻土实际储存的冷能低于温度指标所指示的水平，从而导致MAGT对该区域多年冻土热稳定性的高估。而在青藏高原东部湿润区域，较好的水分条件促进地下冰形成，使多年冻土具有更强的潜热储备，其稳定性高于传统温度指标的判断。此外，该研究还就地下冰埋深深度对热状态的非线性影响进行了探讨。

图4 新旧指标差异的空间分布及归因

研究表明了地下冰是决定多年冻土未来响应气候变化能力的重要控制因子。该研究突破了传统多年冻土评价中过度依赖温度指标的局限，提出了一种更加符合热力学原理的多年冻土热状态评价方法。

该成果为建立更加准确的多年冻土变化预测体系提供了新的理论框架，也为认识气候变化背景下高寒地区生态、水文以及碳循环响应过程提供了重要科学依据。未来，随着地下冰观测资料不断丰富以及模型模拟能力持续提升，将地下冰信息进一步纳入多年冻土预测体系，有望提高区域乃至全球尺度多年冻土变化评估的可靠性。

该研究得到国家自然科学基金项目（42571149）资助。

论文链接：Ji, H., Nan, Z., Chen, Y., et al. (2026). Reassessing Alpine Permafrost Thermal State by Accounting for Ground Ice. Earth’s Future, 14(8), e2025EF007931.https://doi.org/10.1029/2025EF007931

数据链接：嵇海龙,南卓铜.基于焓变的青藏高原多年冻土热状态分布图.国家冰川冻土沙漠科学数据中心(http://www.ncdc.ac.cn), 2026.https://cstr.cn/11738.11.ncdc.permafrost.db7696.2026

（供稿、图片：环地学院）