大兴安岭呼玛河流域多年冻土区森林土壤有机碳和有效氮分布特征及影响因素北大核心CSCD

多年冻土区土壤碳、氮的可变性及对深层土壤特性了解的缺乏限制了人们对气候变化响应的理解。为明确东北大兴安岭多年冻土区森林土壤有机碳、有效氮(铵态氮、硝态氮)含量分布特征,于2020年秋季(9月末)采集呼玛河流域三种类型多年冻土区(不连续多年冻土区、零星多年冻土区和岛状多年冻土区)16个1 m深的土壤剖面,基于结构方程模型探讨海拔、气候、冻土区类型和植被类型等环境变量对森林土壤有机碳和有效氮含量的影响。结果表明:土壤有机碳和硝态氮含量在不连续多年冻土区高于零星多年冻土区和岛状多年冻土区,土壤铵态氮含量在零星多年冻土区高于岛状多年冻土区和不连续多年冻土区;在垂直剖面上,随着土壤深度的增加,土壤有机碳和有效氮含量呈降低趋势,且土壤有机碳与有效氮之间呈显著的负相关关系(P<0.05)。结构方程模型表明,植被类型和年平均温度是土壤有机碳含量变化的主要控制因素,年均降水量对土壤有机碳含量变化的影响最弱;冻土区类型和植被类型是土壤铵态氮和硝态氮含量变化的主要控制因素。研究结果能够为未来准确模拟和估算呼玛河流域多年冻土区森林土壤碳氮储量提供一定的数据支撑。     

CMIP6模式中北半球及多年冻土区降水变化的比较研究

利用Climatic Research Unit (CRU)资料,系统评估了第六次国际耦合模式比较计划(Coupled Model Intercomparison Project Phase 6, CMIP6)17个全球气候模式及其集合平均对历史时期(1985—2014年)北半球及多年冻土区年降水量的模拟能力;分析了不同未来情景(SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0、SSP5-8.5)下,北半球及多年冻土区未来年降水量的时空变化。结果表明：CMIP6模式对北半球及多年冻土区年降水的空间分布有较为合理的模拟能力,但相对于观测数据在北半球和多年冻土区分别有11%和42%的高估。未来北半球及多年冻土区的年降水量变化随着辐射强迫水平的升高而加快。在SSP5-8.5情景下增加速率最快,北半球和多年冻土区的年降水增加速率分别为13 mm·(10a)^-1、20 mm·(10a)^-1,相较于历史时期最后一年(2014年)年降水分别增加了134 mm、178 mm。北半球陆地平均年降水量始终高于多年冻土区,但多年冻土区增加速率要高于北半球。在S...     

青藏铁路普通路基下部冻土变化分析

高温高含冰量冻土地区,青藏铁路采取了冷却路基、降低多年冻土温度的工程措施.然而青藏铁路仍有大量路段未采用任何工程措施,因此修筑普通路基后冻土变化也是普遍关心的问题.根据青藏铁路普通路基下部土体温度监测的近期结果,分析了季节冻土区、已退化多年冻土区和多年冻土区路基下部冻土变化特征.结果表明,不同区域修筑普通路基,其下部土体温度、最大季节冻结深度、多年冻土上限等存在较大的差异.在季节冻土和已退化多年冻土区,右路肩下部(阴坡)已形成冻土隔年层;在多年冻土强烈退化区,其路基下部形成融化夹层;在高温多年冻土区,其路基下部上限存在抬升和下降,上限附近土体温度有升高的趋势.在低温多年冻土区,其路基下部上限全部抬升,上限附近土体存在"冷量"积累,有利于路基下部多年冻土热稳定性.因此,低温多年冻土区修筑普通路基后,冻土变化基本是向着有利于路基稳定性的方向发展,在其它地段修筑普通路基,冻土变化是向着不利于路基稳定性的方向发展的.特别是阴阳坡太阳辐射差异,导致了土体热状态和多年冻土上限形态产生较大的差异,这种差异将会对路基稳定性产生一定的影响.     

多年冻土区天然气水合物研究综述

由于多年冻土区天然气水合物的潜在资源价值和对气候、环境的影响,各国纷纷开展了大量的研究,取得了很好的研究进展。本文主要分析了天然气水合物与多年冻土间的关系、多年冻土区天然气水合物的蕴藏情况以及典型多年冻土区天然气水合物研究现状。其结果表明多年冻土控制了天然气水合物形成的温压条件,且在多年冻土层间发现具自保护效应的天然气水合物。同时多年冻土可影响分散性土体中游离气体的聚集和迁移,多年冻土融化可提高孔隙水压力。目前多年冻土区天然气水合物的蕴藏情况的估算并不完整,各国仅对典型多年冻土区天然气水合物储量进行了初步的估算。天然气水合物储量估算结果表明,在美国阿拉斯加地区大约为1.0~1.2×1012 m3,加拿大马更些三角洲Beaufort海地区大约为1.6×1013 m3,俄罗斯西西伯利亚盆地250 m深度范围内可达1.7×1013 m3。我国青藏高原多年冻土区亟待搞清天然气水合物存在与否的直接证据和储量估算等关键问题。     

长江上游沱沱河源区多年冻土发育特征

沱沱河流域是长江的发源地之一,其广泛分布的多年冻土对长江源区的产汇流过程、生态系统乃至于区域气候都有着重要影响,对该区域多年冻土分布和特征的调查和了解,可为研究江河源区多年冻土与气候、水文、生态的相互作用关系提供基础数据支撑。2020年10—11月,研究团队对沱沱河源区的多年冻土开展了为期50天的野外调查工作,并在不同下垫面类型、不同地貌部位和不同海拔高度共布设钻孔32个,总钻进深度1 200 m。该文是基于钻孔和探坑资料对沱沱河源区多年冻土特征和地下冰发育状况的初步总结。结果显示,沱沱河源区多年冻土在一定程度上受河流和地热影响形成了局部融区,其多年冻土下界大致在4 650~4 680 m之间;钻孔揭示的多年冻土上限平均埋藏深度为（2.47±0.98） m,部分地区存在融化夹层;受浅表层沉积物岩性和地热的影响,多年冻土下限埋藏深度相对较浅,平均为19.3 m,多年冻土相对较薄,平均厚度为15.0 m;多年冻土下限深度和多年冻土的厚度最大为75.0 m和72.7 m;地形地貌、沉积物特征和地热条件是影响多年冻土厚度存在较大空间差异的主要原因。研究区内地下冰主要分布于15.0 m深度以上范围内,同时也发现了处于萎缩状态的冰核丘与石质冻胀丘,这些现象也一定程度上与该研究区多年冻土退化过程有关。     

气候变暖对多年冻土区土壤有机碳库的影响

多年冻土区存储了大量土壤有机碳。气候变暖、 多年冻土退化导致其长期封存的有机碳逐渐或快速释放, 进入大气圈或水系统, 改变原有多年冻土区碳循环, 并可能显著加速气候变暖。通过综述气候变暖对多年冻土区碳库的影响研究进展, 主要包括多年冻土碳库储量、 降解机理及变化预测, 研究表明： 北半球多年冻土区的碳储量巨大, 但不确定性很高, 尤其是海底多年冻土和水合物碳库储量的评估; 多年冻土碳库对气候变暖的响应速度受土壤水热特性、 土壤有机质C/N比、 有机碳含量和微生物群落特征等多种环境因素的控制或影响; 目前, 关于北半球多年冻土碳库对气候变暖响应模拟结果说明, 多年冻土退化短期内不会导致经济和生产方面的灾难性后果。但是, 无论是针对多年冻土碳库评估, 还是多年冻土有机碳库对气候变暖的响应模拟研究结果, 都有较大的不确定性。未来多年冻土碳库变化的模拟和预测研究应更多考虑多年冻土快速退化和多年冻土区水合物分解, 如中小尺度热喀斯特的生态环境和碳的源汇效应。准确的多年冻土区有机碳排放模拟可为未来多年冻土碳与气候反馈的预估提供重要支持。     

InSAR技术多年冻土研究进展

多年冻土随气候变暖逐渐发生退化,严重影响多年冻土区工程建设的稳定性,因此实时、准确地监测多年冻土变化迫在眉睫.合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)作为一种新型对地观测技术,可以全天时、全天候的对多年冻土区地表进行大范围监测,成为一种有效的监测手段.主要介绍InSAR技术在多年冻土区近20年的研究进展与未来发展趋势.首先介绍了InSAR技术的基本原理和常用的SAR系统,然后基于InSAR技术的发展,概述了D-InSAR和时序InSAR技术在多年冻土区的应用,并对目前发展的冻融模型进行总结,分析了多年冻土区地表形变影响因素,最后展望未来InSAR技术在多年冻土监测中的发展趋势与面临的主要问题,以期为科研人员提供系统的应用介绍.     

核磁共振测深方法在多年冻土区找水中的应用

通过核磁共振测深(MRS)方法在多年冻土区找水实例的分析、解释,并结合钻孔资料的综合研究,对在多年冻土区利用MRS方法探测地下含水层埋深、厚度及地下水涌水量的计算进行了详细的解析,并取得了良好的应用效果。阐明了该方法在多年冻土区找水具有含水信号反映明显、信噪比高和具唯一性解析结果等的独特技术优势,也指出了该方法在判断含水层岩性、涌水量计算等方面存在的不足,揭示了MRS方法在多年冻土区寻找地下水的良好应用前景,为在多年冻土区寻找地下水提供了一定的借鉴经验。     

北极多年冻土区埋地输气管道周边温度场数值分析

以北极规划输气管道工程为依托,建立埋地管道与冻土热交换相互作用数值计算模型,探究了埋地管道在连续多年冻土区、非连续多年冻土区和季节冻土区内,按照不同操作温度(5、-1和-5℃)运行情况下管道周围冻土温度演化过程.计算结果表明:同一区域不同管温对冻土上限值影响差异较大,尤其是在非连续多年冻土区,无论管道是正温输送还是负温输送,由于管道的运营,极大地影响了冻土上限值.5℃正温管道将导致冻土上限下降1～3倍管径;-1℃和-5℃负温管道将有助于提高冻土人为上限.建议在连续多年冻土区管道采用-1℃输送温度;在非连续多年冻土区冬季采用-1℃输送温度,夏季可以是正温,接近环境大气温度,但全年输气平均温度要小于0℃;在季节冻土区,若按照负温输送,反而容易引起管基土冻胀,建议输气温度不作特别控制,与温带地区管道类似,正温输送.希望能够为北极多年冻土区天然气管道建设提供新的思路.     

多年冻土地区机场跑道修筑技术现状

我国分布有大面积的多年冻土, 根据我国机场建设的中长期规划, 未来将在多年冻土区修建大量机场, 这些机场的修建将不能避免多年冻土问题. 国内关于冻土区机场跑道修筑的经验非常有限, 国外则开始的较早, 并积累了一些经验. 总结分析国内外多年冻土区机场跑道修筑技术的现状, 其跑道类型主要有: 基岩跑道、开挖换填法修筑的跑道、铺设隔热层的跑道、安装热管的跑道, 共4类. 由于我国多年冻土区的特殊性, 国外的跑道修筑经验只能在一定程度上参考. 由于飞机跑道不同于铁(公)路的特殊性, 近年国内在冻土区铁(公)路的修建过程中采用的稳定冻土地基的工程措施如何应用到机场跑道的建设上, 仍需进一步研究、验证和实践. 将来在我国多年冻土区修建机场跑道, 应结合国外已有的技术和经验, 并以我国在多年冻土区线性工程中已取得的经验作为基础, 进一步研究我国多年冻土区机场跑道修筑的关键技术.     

黄河源区高寒植被主要特征初探

位于青藏高原东北部多年冻土与季节冻土交错带的黄河源区高寒生态环境及其变化一直备受关注. 气候变暖、冻土退化条件下,为了解黄河源区不同冻土区植被状况,在源区布设了4个场地：查拉坪（CLP,源区南部连续低温多年冻土区）;扎陵湖南岸（ZLH,源区中南部岛状多年冻土区）;麻多乡（MDX,源区西部的不连续多年冻土区）;鄂陵湖北岸（ELH,源区中北部季节冻土区）. 结合植被调查和场地监测,分析了源区各冻土区植被的差异. 结果显示：总体上低温多年冻土区植被盖度、多样性指数高,表现为连续多年冻土区（查拉坪）>不连续多年冻土区（麻多乡）>季节冻土区（鄂陵湖北岸）,其中岛状多年冻土区（扎陵湖南岸）例外,该场地平均盖度最低,多样性指数介于查拉坪和麻多乡之间,局部植被退化较严重. 均匀度指数均表现为扎陵湖南岸最高,查拉坪次之. 地上生物量调查结果显示：查拉坪>麻多乡>扎陵湖南岸>鄂陵湖北岸,且鄂陵湖北岸出现指示植被退化的植物. 尽管黄河源区高寒植被研究为理解冻土退化条件下的生态环境变化提供了一些基础数据,评估气候变化和冻土退化的生态和水文效应需要更系统的调查和监测研究.     

中国多年冻土区天然气水合物地球化学勘探技术研究进展

我国多年冻土区多位于中纬度高原地区,与环北冰洋极地地区多年冻土的状态不完全相同,天然气水合物成因机理、赋存环境和基本特征更为复杂.近10年来,在自然资源部行业专项和中国地质调查局水合物试采专项的资助下,先后在青藏高原和东北多年冻土区开展了天然气水合物地球化学勘探技术攻关,总结了多年冻土区天然气水合物地球化学指标组合和识别标志,探讨了多年冻土区天然气水合物地球化学成藏机制,研发了多年冻土区天然气水合物地球化学勘查模型,初步建立了多年冻土区天然气水合物调查地球化学方法技术体系,在勘探实践中发挥了重要的作用,地球化学方法技术对天然气水合物的有效性得到了初步检验和应用,具有广阔的应用前景.     

试论东北地区多年冻土形成的气候条件及其演化

东北地区多年冻土主要分布在大小兴安岭一带,属欧亚大陆多年冻土区的一部分,可称高纬度多年冻土。但在现代多年冻土南界(48°N)以南的长白山与大兴安岭南端的黄岗梁地区,因海拔超过2000米,有山地多年冻土分布。至于古多年冻土的遗迹,如古冰楔、冰卷泥、不对称谷、冻融蠕流沉积等则一直分布在北纬42°的松辽分水岭一带,甚至更南。     

多年冻土区河流溶解性有机碳输出的研究进展

多年冻土区河流中溶解性有机碳(DOC)的输出对全球碳循环有着重要贡献,是全球气候变化研究的热点。当前研究主要集中在2个方面:多年冻土区河流DOC输出的时空特征及其影响因素;多年冻土区河流DOC输出对气候变暖和冻土退化的响应。研究表明,河流中DOC的浓度、通量、化学组分等主要受流域内水的流动路径、滞留时间及路径上潜在DOC源的特征控制,而多年冻土的分布及其季节性融冻循环对上述因素有显著影响,进而控制多年冻土区河流DOC的输出规律。气候变暖可从3个方面对多年冻土区河流DOC输出产生影响:(1)造成多年冻土退化,使地下水的流动路径变深和滞留时间增长,导致河流的DOC输出量降低;(2)使多年冻土中储存的老有机碳释放,导致河流的DOC输出量增高;(3)改善深部土壤的通气和温度条件,促进土壤微生物活性,进而影响河流DOC的输出量和化学特征。今后,有3个方面的研究需要加强:(1)中、低纬度高海拔冻土区河流DOC的输出规律及其与流域水文过程的关系;(2)小型源头河流DOC输出的对比与控制性试验;(3)冻土区地下水流过程的精细刻画和潜在有机碳源的直接探测。     

1976—2010年青藏铁路沿线多年冻土区降水变化特征

针对青藏铁路穿越的多年冻土区段,利用沿线多年冻土区的五道梁、风火山、沱沱河、安多气象站1976—2010年35a的降水量观测资料,并结合同时期地面温度和气温资料,对多年冻土区区域气候变化进行分析,揭示了多年冻土区近35a来降水、地面温度、气温都在波动中上升的变化特征．结果表明：近10a多年冻土区处在丰水期,多年冻土区气...     

祁连山区多年冻土空间分布模拟

祁连山区位于青藏高原东北边缘,是亚洲水塔重要的组成部分,多年冻土的变化对生态系统和水资源平衡有着重要影响。基于青藏高原第二次综合科学考察、道路勘察钻孔点以及前人所获得的多年冻土下界资料,回归得出祁连山区多年冻土下界统计模型,借助ArcGIS平台在DEM数据的支持下,模拟出祁连山区多年冻土空间分布图。结果表明：祁连山区多年冻土分布的下界具有良好的地带性规律,表现为随经纬度增加而降低的规律;祁连山区多年冻土在空间分布上呈现出以哈拉湖为中心向四周扩散的分布格局;祁连山区总面积约为16.90×10⁴ km²,其中多年冻土面积约为8.03×10⁴ km²,占总面积约47.51%。多年冻土区与季节冻土区之间存在着有不连续多年冻土分布的过渡区,过渡区面积约1.43×10⁴ km²,占总面积约8.46%。     

马衔山多年冻土与季节冻土区土壤微生物量及酶活性的季节动态

为了研究马衔山多年冻土区和非多年冻土区土壤微生物碳氮、土壤酶活性的差异,选取多年冻土区、季节冻土区和交界区为对象,分析了0~30 cm土层微生物碳氮和转化酶、脲酶、中性磷酸酶、淀粉酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶酶活性不同季节的变化特征。结果表明：全氮、总有机碳、微生物量碳氮与多数土壤酶之间呈显著相关关系。在不同区域,土壤微生物碳氮均在0~10 cm含量最高,10~20 cm次之,20~30 cm最低。土壤微生物碳氮在生长季表现为含量逐渐增加,但是多年冻土区与季节冻土区差异不大。土壤酶活性在深度方面表现与微生物碳氮含量变化一致。土壤酶并无的季节变化规律。在多年冻土区,转化酶、多酚氧化酶和磷酸酶活性明显高于非多年冻土区。本研究表明,尽管多年冻土区的植被和土壤总有机碳明显高于非多年冻土区,其土壤微生物碳氮含量相当,且一些土壤酶活性也相当。说明非多年冻土区土壤的生物地球化学相对强度较大。因此,多年冻土退化后可能会导致生态系统的退化。     

黄河源区冻土特征及退化趋势

黄河源区位于青藏高原多年冻土区东北部边缘地带,是季节冻土、岛状多年冻土和在大片连续多年冻土并存地带.多年冻土层在垂向分布上有衔接状和不衔接状两大类.不衔接状又可分为浅埋藏(8m)、深埋藏(8m)和双层多年冻土等形式.从20世纪80年代以来,源区气温以0.02℃.a-1增温率持续上升,人类经济活动日益增强,导致冻土呈区域性退化.多年冻土下界普遍升高50～80m,最大季节冻深平均减少了0.12m,浅层地下水温度上升0.5～0.7℃.冻土退化总体趋势是由大片状分布逐渐变为岛状、斑状分布,多年冻土层变薄,冻土面积缩小,融区范围扩大.部分多年冻土岛完全消失变为季节冻土.     

合成孔径雷达差分干涉测量（D-InSAR）技术在多年冻土区地表变形监测中的应用

多年冻土区地表变形严重影响着区域内生态环境和工程设施的稳定性。合成孔径雷达差分干涉测量（differential interferometric synthetic aperture radar, D-InSAR）技术作为一种新型的空间对地观测技术, 为多年冻土区地表变形监测提供了新方法。通过近20年的不断深入研究, 利用D-InSAR技术的多年冻土区地表变形监测取得了大量研究成果。首先介绍了D-InSAR技术测量地表变形的理论基础, 进而概述了D-InSAR技术在多年冻土区地表变形测量中的应用现状, 然后总结了D-InSAR测量过程中存在的关键问题及可能的解决方法。在此认识和分析的基础上, 对D-InSAR技术今后在多年冻土区地表变形监测中的发展方向进行了探讨, 以期为D-InSAR技术在多年冻土区地表变形监测中的推广应用和深入研究提供参考。     

青藏公路下伏多年冻土的融化分析

基于青藏公路沿线高温冻土区和低温冻土区2组地温观测孔5 a的地温观测资料, 研究了路基下伏多年冻土的融化状态, 定量分析了进入路基下多年冻土内的热状况. 结果表明: 路基近地表地温明显高于对应天然地表下的地温, 路基近地表经历的融化期长于对应天然地表, 高温冻土区路基内已形成贯穿融化夹层;进入高温冻土区路基下伏多年冻土内的热收支处于持续不断的吸热状态, 进入低温多年冻土区的热收支也呈现出吸热明显大于放热的周期性变化;高温冻土区接近0℃的地温及其持续不断的热积累是引起下伏多年冻土不断融化的主要原因. 低温冻土区进入多年冻土的热积累暂时以增高地温耗热为主, 随着地温的增高, 低温冻土区也可能发生强烈的冻土融化.