考虑局地因素坡向影响的青藏高原工程走廊冻土分布与制图研究

通过Pearson相关性分析,选取对青藏高原工程走廊多年冻土分布影响较大、在GIS技术支持下较容易量化的坡向因子,结合走廊内2000—2010年29个钻孔点的地温监测数据,建立了年均地温与坡向、纬度和高程的关系模型。根据高原冻土工程地温分带指标,制作了工程走廊内符合实际的冻土分布图,由面积统计结果知:多年冻土区占整个区域的94.06%,其中,低温稳定带占多年冻土区面积的15.94%,主要分布在风火山和可可西里的高山基岩区;低温基本稳定带占16.97%,主要分布在风火山及可可西里丘陵地带;高温不稳定带占48%,主要分布于可可西里和北麓河盆地东缘;高温极不稳地带占19.09%,主要分布于北麓河盆地和楚玛尔河高平原。     

基于分区和多元数据的青藏高原温泉区域多年冻土分布研究

以野外勘探、室内理论分析与建模为主要研究方法,以数字高程模型(GDEM)和实测数据为基础进行统计分析,发现坡向对多年冻土分布具有重要影响。针对青藏高原温泉区域地形的复杂性,基于分区的方法将研究区分为平原区和山区两个地形区。对于平原区来说,考虑到苦海湖泊对多年冻土的影响,将苦海滩地单独划出并采用专家知识完成冻土制图,其余平原区采用建立的地温模型进行冻土制图;对于山区来说,通过定量化研究坡向对冻土地温的影响建立了基于坡向调整作用下的地温模型,应用此模型完成了山区的冻土分布图。以地温作为冻土类型划分的依据,分析了研究区域冻土的空间分布与特征,结果表明:多年冻土的分布面积为1 681.4km2,占整个区域的66.7%,其中,过渡型和亚稳定型多年冻土为主要多年冻土类型,两者占整个研究区域的50.8%,其次为不稳定型多年冻土(11.4%),稳定型和极稳定型多年冻土的面积比例相对较小(4.4%和0.2%)。从空间分布格局来看,冻土分布具有明显的垂直分带特征,随着海拔高度的升高,冻土地温逐渐降低,冻土类型依次经历季节冻土-不稳定型多年冻土-过渡型多年冻土-亚稳定型多年冻土-稳定型多年冻土-极稳定型多年冻土的变化。     

黄河源区多年冻土空间分布变化特征数值模拟

基于IPCC第五次评估报告预估的气温变化情景,采用数值模拟的方法对黄河源区典型冻土类型开展模拟,推算过去及预测未来黄河源区冻土分布空间变化过程和发展趋势。结果表明：1972-2012年源区多年冻土只有少部分发生退化,退化的冻土面积为833 km²,季节冻土主要集中在源区东南部的热曲谷地、小野马岭以及两湖流域南部的汤岔玛地带;RCP 2.6、RCP 6.0、RCP 8.5情景下,2050年多年冻土退化为季节冻土的面积差别不大,分别为2224 km²、2347 km²、2559 km²,占源区面积的7.5%、7.9%、8.6%;勒那曲、多曲、白马曲零星出现季节冻土,野牛沟、野马滩以及鄂陵湖东部的玛多四湖所在黄河低谷大片为季节冻土;2100年多年冻土退化为季节冻土的面积分别为5636 km²、9769 km²、15548 km²,占源区面积的19%、32.9%、52.3%;星宿海、尕玛勒滩、多格茸的多年冻土发生退化,低温冻土变为高温冻土,各类年平均地温出现了不同程度的升高。到2100年,RCP 2.6情景下源区多年冻土全部退化为季节冻土主要发生在目前年平均地温高于-0.15 oC的区域,而-0.15~-0.44 oC的区域部分发生退化;RCP 6.0、RCP 8.5情景下目前年平均地温分别为高于-0.21 oC以及-0.38o C的区域多年冻土全部发生退化,而-0.21~-0.69 oC以及-0.38~-0.88 oC的区域部分发生退化。     

青藏高原工程走廊冻土分布模型及其变化趋势

青藏高原工程走廊多年冻土是地气系统相互作用的产物,气候环境决定了其分布的宏观格局,但局地因素如坡向等,在一定条件下,对小区域多年冻土的影响往往会超过大气候背景。通过Pearson相关性分析,选取了对青藏高原工程走廊多年冻土分布影响较大、在GIS技术支持下较容易量化的坡向,结合区域内29个钻孔点的长期地温监测数据,建立了年平均地温与高程、纬度及坡向之间的多元线性模型。根据青藏高原冻土工程地温分带指标,制作出了走廊内符合实际的冻土分布图。运用随气候变化的响应模型,预测了走廊内50 a后多年冻土将发生较大的变化:1.低温稳定区、低温基本稳定区的空间分布面积逐渐减小,分布界线向高海拔迁移;2.高温不稳定区较大范围地向高温极不稳定区转化;3.高温极不稳定区将处于长期的退化过程。     

长江黄河源区多年冻土变化及其生态环境效应

应用江河源区五站1980-1998年0cm、5cm、10cm、15cm、20cm、40cm浅层地温资料、钻孔深层地温资料以及勘探资料,详细分析了两大源区的冻土变化,结果表明:近20年来,受气候变暖影响,江河源区多年冻土总体上保存条件不利,区域上呈退化趋势。岛状多年冻土和季节冻土区年均地温升高约0 3～0 7℃,大片连续多年冻土区升幅较小,为0 1～0 4℃。多年冻土上限以2～10cm/a的速度加深。在黄河源多年冻土的边缘地带,垂向上形成不衔接冻土和融化夹层,多年冻土分布下界上升50～70m。冻土退化已对江河源寒区经济和生态环境产生了一系列重要影响。但是,冻土退缩及其对环境的影响还存在很大的不确定性。     

黄河源区冻土分布制图及其热稳定性特征模拟

以黄河源区多年冻土分布现状和热力特征为研究目标,通过野外调查及实测数据,分析了黄河源区不同地形地貌、不同地表覆盖条件下的冻土形成、分布特征和以地温为基础的热学特征,探讨了不同尺度因素对多年冻土分布的影响。结果表明,在高程低于4 300 m的平原区,多年冻土多不发育;在高于4 350 m的山区,局地地形对多年冻土的形成与分布作用显著。除阳坡地形外,多年冻土均比较发育;介于4 300~4 350 m的低山丘陵和平原区,局地地形、地表植被、土壤湿度等因素共同决定着多年冻土的形成和分布格局。以年均地温指标为基础,构建了以纬度、经度和高程为自变量的回归模型,并对阳坡地形进行微调和校正。结果表明,以0oC作为划分季节冻土和多年冻土的标准和界限,多年冻土面积2.5×10⁴km²,约占整个源区面积的85.1%;季节冻土面积0.3×10⁴km²,约占整个源区面积的9.7%。进一步以0.5oC或1.0oC为分类间隔绘制了黄河源区多年冻土热稳定性空间分布图。     

近30年来青藏高原西大滩多年冻土变化

结合1975年已有勘探资料,对青藏高原多年冻土北界西大滩进行了雷达勘探。勘探发现,近30年来青藏高原多年冻土北界发生较大规模的多年冻土退化,多年冻土面积从1975年的160.5 km²退化成现在的141.0 km²,缩小约12%;开始出现多年冻土的最低高程为4 385 m,比1975年升高了25 m。近30年来研究区的气候变化是造成北界多年冻土退化的主要原因。相同气候背景下,多年冻土腹部地温有升高,但在30年尺度上不会发生明显的退化。本次冻土区域调查的结果可为检验冻土－气候关系模型的可靠与否提供依据。     

巴颜喀拉山青康公路沿线多年冻土和活动层分布特征及影响因素

巴颜喀拉山是较典型的高海拔多年冻土区。南、北坡迥异的气候、土壤及地表景观控制和影响其多年冻土空间分布。2008~2012年冻土调查及测温资料表明,该山以高温冻土(>-1℃)为主。海拔是冻土主要影响因素。年均地温随海拔升高而降低的高程递减率在北坡6℃/km,南坡4℃/km。北坡查拉坪及巴颜喀拉山口一带,活动层厚度约1 m,活动层随海拔降低而增厚;南坡活动层厚度受局地因素影响较大,与海拔无明显相关。     

青海省柴达尔-木里地区道路沿线多年冻土分布模拟

以青海省柴达尔-木里铁路、热水-江仓公路沿线两侧约10 km缓冲区为研究区域,以冻土钻孔实测数据为基础,定量分析和评价了经度、纬度、高程、太阳辐射、坡度、坡向、地面曲率等地形-候因子对沿线区域多年冻土分布的影响,建立了以经度、高程、坡度为自变量、多年冻土发生概率为因变量的Logistic模型.借助于GIS软件和DEM数据,完成了道路沿线区域多年冻土分布概率图的绘制和多年冻土分布概率的特征分析.结果表明,极可能多年冻土(概率值为0.75～1)的分布面积为1983 km2,占整个研究区域面积的65%;可能多年冻土(概率值为0.5～0.75)的分布区面积为192 km2,占研究区域面积的6%;季节冻土(概率值＜0.5)的分布区面积为894 km2,占沿线区域面积的29%.     

黄河源区多年冻土温度及厚度研究新进展

利用新布设的冻土孔及原有冻土资料,分析黄河源区冻土温度和厚度的空间分布。源区实测多年冻土年均地温最低为-1.81℃,冻土最厚74 m,均位于巴颜喀拉山北坡的查拉坪。214国道(K445-K604段)沿线多为高温多年冻土(年均地温>-1℃),但巴山北坡海拔4 520 m、布青山海拔4 300 m以上,年均地温低于-0.5℃。巴山北坡海拔4 610 m、布青山海拔4 420 m以上,年均地温低于-1℃。巴山北坡海拔每升高100 m,年均地温减少0.47~0.75℃,冻土厚度增加16~25 m;纬度向北增加1°,年均地温减少0.85℃,冻土厚度增加20~30 m。     

基于MODIS温度的青藏高原多年冻土活动层厚度变化研究

基于MODIS温度数据,采用TTOP模型和Stefan公式模拟了青藏高原地区的冻土分布并计算了活动层厚度,并与地面观测结果进行了对比。结果表明：2003—2019年青藏高原多年冻土面积为1.01×10⁶ km²;多年冻土活动层厚度区域平均值为1.79 m, 活动层厚度区域平均的变化率为3.67 cm/10a,且草甸地区的变化率明显大于草原地区,5100~5300 m高程带的活动层厚度变化速率最大。     

气候变化下的祁连山地区近40 年多年冻土分布变化模拟

冻土是一种对气候变化极为敏感的土体介质,故气候的变化过程能反映和模拟冻土的分布及变化趋势。基于高程-响应模型,运用高分辨率的高程数据（DEM）、经度数据（Longitude）、纬度数据（Latitude）、年平均气温数据（MAAT）和气温垂直递减率数据（VLRT）对祁连山地区近40 年的多年冻土分布状况进行了数值模拟。分析表明：① 该高程-响应模型模拟的冻土范围和变化趋势与相关研究所引入逻辑回归模型的模拟结果基本一致。② 该模型模拟的1970s、1980s、1990s,2000s 的祁连山地区冻土分布面积分别为9.75×10⁴ km²、9.35×10⁴ km²、8.85×10⁴ km²、7.66×10⁴ km²。在这40 年中,冻土的分布范围呈现出明显减少的趋势。③ 从1970s 到1980s、1980s 到1990s、1990s 到2000s 三个时间段内,冻土分布范围的退缩速率分别为4.1%、5.3%、13.4%,其呈现逐渐增速的趋势,1990s 到2000s 出现了跳跃式增长。本研究可为分析长时间序列祁连山地区的多年冻土变化提供科学参考依据。     

Characteristics of earth hummocks (pounus) with and without permafrost in Finnish Lapland

Finnish Lapland north of 68°30'N latitude is located in the zone of discontinuous permafrost. Two main types of permafrost have previously been found in northern Finland: palsas in the mires and frost in the bedrock on the barren fell summits. The aim of this study was (1) to investigate permafrost occurrence in the peaty earth hummocks (pounus) in several mires, and (2) model characteristics of pounus with and without permafrost.
This study showed that permafrost in Finnish Lapland occurs much more widely and commonly than was previously known. A total of 59% of the studied pounus were found to contain permafrost. Over 90% of the permafrost occurrence in the pounus was correctly classified in logistic regression modelling. The probability of permafrost in a pounu decreased with the height of vegetation, and increased with the pounu height and distance from the running stream. There were clear vegetation differences between pounus with and without permafrost. Unfrozen pounus are characterized by forest and mire species, whereas on the permanently frozen pounus the vegetation is patchier with species indicating drier conditions. Pounus provide an excellent object to study short–term and local variations in permafrost formation due to their small size. They react quickly to variation in temperature, snow depth and precipitation. We conclude that pounus can be classified as sporadic permafrost features in northernmost Europe under modern climatic conditions.     

祁连山疏勒河源区冻土退化对土壤微生物生物量碳氮的影响

对青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河源区多年冻土区0~50 cm土壤微生物生物量碳氮分布特征及其影响因素进行分析。结果表明:稳定型和极不稳定型多年冻土区0~50 cm土壤中微生物量碳含量范围分别为0.015~0.620 g/kg和0.019~0.411 g/kg,微生物量氮含量范围分别为0.644~12.770 mg/kg和0.207~3.725 mg/kg;土壤微生物量总体呈现出稳定型显著高于极不稳定型多年冻土,表明多年冻土退化（多年冻土由稳定型退化为极不稳定型）对土壤微生物量积累有明显抑制作用。土壤微生物生物量碳占有机碳、微生物生物量氮占全氮的比值在稳定型多年冻土中显著高于极不稳定型,表明多年冻土退化对土壤微生物的矿化能力有明显抑制作用。土壤微生物量及其与土壤养分的比值有显著的剖面变化特征,随土壤深度增加而减小。土壤微生物量碳氮均与土壤温度显著负相关,与地下生物量显著正相关。稳定型多年冻土中,土壤微生物量碳氮与碳氮比正相关、与氧化还原电位负相关;不稳定型多年冻土中,土壤微生物量碳氮与pH正相关。土壤微生物量碳氮与土壤温度和pH在剖面变化上显著相关。逐步回归分析表明驱动微生物生物量碳氮在不同多年冻土类型和土层之间变化的因子是不同的。     

A comparison of permafrost prediction models along a section of Trail Ridge Road, Rocky Mountain National Park, Colorado, USA

The distribution of mountain permafrost along Trail Ridge Road (TRR) in Rocky Mountain National Park, Colorado, was modeled using ‘frost numbers’ and a ‘temperature of permafrost model’ (TTOP) in order to assess the accuracy of prediction models. The TTOP model is based on regional observations of air temperature and heat transfer functions involving vegetation, soil, and snow; whereas the frost number model is based on site-specific ratios of ground temperature measurements of frozen and thawed degree-days. Thirty HOBO© temperature data loggers were installed near the surface as well as at depth (30 to 85 cm). From mid-July 2008 to 2010, the mean annual soil temperature (MAST) for all surface sites was − 1.5 °C. Frost numbers averaged 0.56; TTOP averaged − 1.8 °C. The MAST was colder on western-facing slopes at high elevations. Surface and deeper probes had similar MASTs; however, deeper probes had less daily and seasonal variation. Another model developed at the regional scale based on proxy indicators of permafrost (rock glaciers and land cover) classified 5.1 km² of permafrost within the study area, whereas co-kriging interpolations of frost numbers and TTOP data indicated 2.0 km² and 4.6 km² of permafrost, respectively. Only 0.8 km² were common among all three models. Three boreholes drilled within 2 m of TRR indicate that permafrost does not exist at these locations despite each borehole being classified as containing permafrost by at least one model. Addressing model uncertainty is important because nutrients stored within frozen or frost-affected soils can be released and impact alpine water bodies. The uncertainty also exposes two fundamental problems: empirical models designed for high latitudes are not necessarily applicable to mountain permafrost, and the presence of mountain permafrost in the alpine tundra of the Colorado Front Range has not been validated.     

The cooling effect of crushed rock structures on permafrost under an embankment

Based on the analysis and comparison of soil temperature, thermal regime and permafrost table under the experimental embankment of crushed rock structures in Beiluhe, results show that crushed rock structures provide an extensive cooling effect, which produces a rising permafrost table and decreasing soil temperatures. The rise of the permafrost table under the embankment ranges from an increase of 1.08 m to 1.67 m, with an average of 1.27 m from 2004 to 2007. Mean annual soil temperatures under the crushed rock layer embankment decreased significantly from 2005 to 2007, with average decreases of ?1.03 °C at the depth of 0.5 m, ?1.14 °C at the depth of 1.5 m, and ?0.5 °C at the depth of 5 m. During this period, mean annual soil temperatures under the crushed rock cover embankment showed a slight decrease at shallow depths, with an average decrease of ?0.2 °C at the depth of 0.5 m and 1.5 m, but a slight rise at the depth of 5 m. After the crushed rock structures were closed or crammed with sand, the cooling effect of the crushed rock layer embankment was greatly reduced and that of the crushed rock cover embankment was just slightly reduced.     

疏勒河源冻土区高寒草甸土壤碳氮含量特征

土壤碳氮是高寒植被响应多年冻土区生态环境变化的重要营养和能源物质,但对其调查仍以生长季的单次采样为主,缺乏对其他季节的研究,这对于准确把握多年冻土区土壤碳氮含量及储量评估存在明显局限性。为此,本研究以青藏高原东北缘祁连山西段疏勒河源多年冻土区高寒草甸为对象,对0—50 cm土层土壤有机碳（Soil Organic Carbon, SOC）、全氮（Total Nitrogen, TN）含量及其比值（C/N）的剖面分布和季节变化及其影响因素进行分析。结果表明：（1）SOC、TN剖面分布规律一致,0—10 cm土层均显著高于10—50 cm各层（P<0.05）,0—50 cm深度仅秋季逐渐下降,而春夏冬季0—30 cm递减。（2）SOC、TN含量存在季节变化,SOC表现为夏季>冬季>春季>秋季,TN表现为春秋冬季含量一致,夏季略低。（3）C/N季节变化显著,夏季显著最高,秋季显著最低（P<0.05）。（4）土壤含水量和生物量是影响SOC、TN及C/N剖面分布和季节变化的关键因素。（5）夏季土壤碳氮密度均高于全年平均。可见,仅单一节点（生长季为主）调查以表征全年土壤碳氮储量存在高估趋势。