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将过剩冰纳入地球系统模型对泛北极地区多年冻土模拟的物理影响

多年冻土；快速融化；过剩冰；泛北极；地球系统模式

主题1 天气、气候、全球变化、行星大气 > 专题1.1 地球系统模式与模拟

过剩冰是多年冻土中超过土壤孔隙的冰，其融化可能导致多年冻土急剧解冻。然而，目前仅有少数地球系统模型（ESMs）能模拟过剩冰，且其物理效应仍不清楚。本研究通过CESM2和CAS-ESM2模型，量化了将过剩冰纳入ESM对泛北极多年冻土的影响。模型评估表明，两种ESM均能合理再现连续冻土范围，但仅CESM2因其次网格多年冻土与过剩冰的表征，成功捕捉非连续冻土分布特征。纳入过剩冰后，CESM2模型中泛北极多年冻土范围缩减了0.16−0.79百万平方公里，且在连续冻土区域附近活动层厚度增加；而在 CAS‑ESM2 中活动层厚度普遍增厚。这些效应源于过剩冰融化会使土壤含水量上升，进而提高土壤导热率，增强热量与水分向深层传导。不同模型对ALT的模拟差异源于其对过剩冰的表征方式不同。与CAS‑ESM2相比，CESM2模型中的过剩冰在夏季融化较少，导致土壤更干燥、热导率更低、热传递减少。这些差异共同导致CESM2模型中土壤温度降低、活动层变浅。