原标题：兰州大学研究团队在极端降雨对多年冻土的水热效应方面取得进展
降雨会影响多年冻土活动层的水热特性，而极端降雨可能对多年冻土退化造成不可逆的影响。活动层的热状态调控着近地表冻土的温度，而近地表冻土向下的融化主要由活动层加深引起。因此，研究极端降雨对活动层的水热效应，对于多年冻土退化的准确预测至关重要。近年来，随着全球变暖和极端降雨事件频发，研究者开始关注极端降雨对多年冻土活动层的水热效应。然而，现有研究很难从观测资料中分离出极端降雨的热效应，并且忽略了区域气候条件对极端降雨影响的调控作用。
近日，兰州大学资源环境学院彭小清教授在Journal of Geophysical Research: Atmospheres和Nature Communications期刊上发表了两项重要研究成果，首先从观测资料中分离出了极端降雨的热效应，然后揭示了极端降雨影响的垂直分层规律，并阐明了区域气候条件的调控作用。博士研究生李倩为论文第一作者，彭小清教授和牟翠翠教授为论文通讯作者。
以“Observational impacts of extreme rainfall on active layer hydrothermal properties in China's upper Heihe River Basin”为题发表于Journal of Geophysical Research：Atmospheres的研究中，该团队使用位于祁连山黑河流域俄博岭和野牛沟的两个野外监测站点数据（图1），基于分层线性回归方法，从观测资料中分离出了极端降雨的影响。该方法排除了降雨时气温下降带来的干扰，提炼出雨水本身的热效应，弥补了以往研究方法（相对变化比）的不足。研究发现，对于俄博岭站点，极端降雨使土壤温度最高上升1.79℃，而野牛沟最高上升1.49℃。
图1 祁连山黑河流域俄博岭和野牛沟野外监测站点的空间分布
以“Extreme rainfall reshapes permafrost thermal regimes across the Northern Hemisphere”为题发表于Nature Communications的研究中，该团队筛选了位于北半球的131个多年冻土站点，这些站点横跨不同的气候、植被和冻土类型（图2），通过计算四种极端降雨指数和使用三种分析方法，揭示了极端降雨影响的分层规律和区域气候条件的调控作用。研究发现，极端降雨通常冷却浅层土壤，而加热深层土壤（图3）。可能的机制包括：蒸发增强以及雨水温度低于地表温度这两个因素共同促成了地表降温，而热导率的增加以及相较于深层土壤更温暖的雨水，共同导致了深层土壤的升温（图5）。
研究还发现，在干旱的气候、高植被覆盖（如灌木）和高地下冰高有机质的组合下，极端降雨更容易加热土壤（图4）。可能的机制包括：在干旱情景下，表层热导率显著增加而深层热容量增幅有限，有利于热量向下渗透并导致土壤升温；较高的植被密度和较厚的有机层可降低土壤温度对大气条件的敏感性，这使得在极端降雨事件中，由于雨水温度接近气温，相对于低于气温的地表土壤而言，会表现为升温效应（图5）。
图2 该研究所使用的多年冻土站点的空间分布及站点特征
图3 各站点极端降雨对活动层土壤温度影响的比例（a）以及在浅层（≤10cm）和深层（>10cm）土壤中，观测站点因极端降雨出现土壤升温或降温的比例（b）。
图4 不同气候、植被和多年冻土条件下，首次升温层深度及极端降雨对5cm和20cm土壤温度的影响。
图5 极端降雨影响活动层热力与水文动力过程机制示意图
这两项研究表明，极端降雨可能是多年冻土变化的重要驱动因素，能够加速活动层融化。由于这种影响的方向和幅度在很大程度上取决于区域气候和生态系统特征，未来的多年冻土预测必须明确考虑极端降雨，而不能仅依赖气温变化趋势。随着极端降雨事件变得更加频繁，冰含量和碳含量丰富地区的升温可能加剧地面沉降和碳释放的风险，从而放大气候变化的反馈效应。
原文链接：
https://doi.org/10.1029/2025JD043541
https://doi.org/10.1038/s41467-026-70017-x
（兰州大学新闻网）
频道推荐
