青藏高原是世界上最大的高山多年冻土分布区，也是我国重要的生态安全屏障和重大工程建设的核心区。近几十年来，青藏高原经历了显著的气候暖湿化，导致多年冻土持续退化。近地表地下冰作为表征多年冻土退化的重要指示因子，其变化直接威胁区域生态安全和工程安全。然而，受限于高寒高海拔地区野外观测困难，目前青藏高原地下冰观测数据空间分布极不均匀，且时间不连续，地下冰分布格局和变化趋势尚不完全清楚，其驱动机制仍缺乏系统认识。

近日，北京大学环境科学与工程学院、水沙科学教育部重点实验室李东锋课题组在《科学进展》（Science Advances）以“Westerly-induced precipitation increase drives near-surface ground ice gain on the Tibetan Plateau despite warming”为题发表研究论文。针对青藏高原多年冻土区地下冰观测时空覆盖度低、变化趋势难以定量评估等问题，研究团队整合369个多年冻土钻孔地下冰观测资料，并结合基于物理过程的先进多年冻土模型，重建了过去40年青藏高原近地表地下冰变化过程，发现了气候暖湿化背景下高原西北部地下冰异常增加这一“冻土异常”现象，并揭示了其形成机制。

研究基于369个钻孔资料（主要位于青藏铁路工程走廊沿线），发现2000年以后钻孔记录的地下冰量明显高于2000年以前，表明青藏高原局部地区近地表地下冰在气候暖湿化背景下呈现异常增加趋势。然而，受限于钻孔资料空间分布不均和观测时间不连续，这一地下冰异常增加现象的分布范围和驱动机制仍不明确，其究竟是局地异常现象，还是高原多年冻土区的普遍趋势，难以仅依靠有限钻孔资料回答。

为解决上述问题，本研究耦合基于物理过程的多年冻土模型、高质量气象驱动数据和机器学习方法，构建了面向近地表多年冻土水热过程与地下冰变化的数值模拟框架，重建了1979—2018年青藏高原0—3.2米深度近地表地下冰的变化过程。模拟结果进一步表明，地下冰异常增加主要分布于青藏高原西北部内陆西风控制区，占多年冻土面积的约35%。这种地下冰增加主要集中在多年冻土活动层底部，形成了气候暖湿化背景下地下冰不减反增的“冻土异常”现象。

研究进一步揭示，“冻土异常”主要受西风带变化带来的降水增加驱动。2000年以后，青藏高原西风区年降水量增加约60%，显著提高了近地表土壤含水量，增加的降水渗入活动层底部，由于活动层底部长期保持低温冻结状态，这部分水分重新冻结并逐渐积累，驱动了地下冰异常增加。而在青藏高原其他区域，较高的土壤温度难以使降水补给的水分重新冻结，因此表现为更典型的“气温上升-地下冰减少”变化趋势。

研究揭示了青藏高原西风区“冻土异常”与“喀喇昆仑冰川质量异常增加”在时空上的高度一致性。该发现突破了“气温上升-冰冻圈退缩”的传统认知，提出了降水快速增加可能抵消甚至超过气温升高影响、驱动区域冰量在特定时段内异常增加的新认识，为理解暖湿化背景下高寒区水循环的差异化响应提供了新视角。

研究进一步指出，“冻土异常”可能增强因冻融循环引起的季节性地表形变幅度，降低地表稳定性，为当地基础设施带来工程风险，并加速多年冻土中埋藏有机碳释放。研究建议，未来应进一步加强青藏高原多年冻土区地下冰变化的综合观测，提升地下冰变化模拟、预测和风险评估能力，并在重大工程规划、生态环境安全评估和气候适应性政策制定中，充分考量“冻土异常”现象及其潜在影响。

该研究得到了教育部基础学科和交叉学科突破计划、国家自然科学基金、中国博士后科学基金和青海省创新平台建设项目等支持。李东锋为论文通讯作者，博雅博士后赵奕为第一作者。

青藏高原近地表地下冰变化趋势及其驱动机制