冻土深度观测记录误差的成因浅析

从地面气象观测报表审核及其工作检查的实际出发，按照《地面气象观测规范》对冻土观测的要求，对可能造成冻土深度误差的5种原因进行了初步分析，并提出了避免或消除冻土深度误差的相应措施。     

大同市冻土气候变化初探

利用大同市所辖8个站1962—2012年地面气象观测记录中的冻土资料,采用线性倾向估计、累积距平等方法,分析大同市土壤开始冻结期、完全解冻期、冻结期及最大冻土深度的变化特征及其影响因素。结果发现：51年中大同市冻土主要表现为最大冻土深度减小, 开始冻结期推迟,解冻期提前, 冻结持续期缩短的总体变化趋势,冻土除了受气温的影响外,局地因素对最大冻土深度的影响较大。     

近47 a来黑龙江省地面最大冻土深度变化分析

利用黑龙江省1960～2006年20个地面测站最大冻土深度资料,分析了最大冻土深度的空间和时间变化特征,讨论了最大冻土深度与气温的关系,得出的结论可为公路工程设计提供理论依据。     

锡林郭勒盟近58a冻土深度的时空分布特征

利用锡林郭勒盟1961—2018年近58a有完整记录的11个气象站的最大冻土深度、冬季11月—翌年3月平均气温和平均地面最低温度资料,利用描述分析、线性趋势拟合、相关性检验、Mann-Kendall突变检验等方法,对锡林郭勒盟最大冻土深度的时间演变、空间分布及与气温、地温的关系进行了分析。结果表明:二连浩特市最大冻土深度的均方差和变差系数最大,稳定性最差;东乌珠穆沁旗、二连浩特市最大冻土深度变浅幅度最大,气候倾向率为-16.25cm/10a和-15.48cm/10a;20世纪70年代是近58a来最大冻土深度最深的时期;全盟11个站中有5个站最大冻土深度发生突变现象,其中一个站突变点在1982年,其他4个站突变点在1989—1991年;锡林郭勒盟最大冻土深度的空间分布特征为东深西浅、北深南浅;锡林郭勒盟各站11月到翌年3月平均气温和平均地面最低温度均呈上升的趋势;最大冻土深度和平均气温、平均地面最低温度均呈负相关,部分台站相关性显著,随着气温和地温的升高冻土深度在变浅。     

对北方基层台站冻土器的使用改进

冻土观测是我国北方气象台站冬季气象观测的常规项目,对北方寒冷地区的生产与生活具有非常重要的现实意义。冻土器是冻土观测的主要仪器,但目前被北方地区所广泛使用的冻土器在设计上存在一定弊端,常因固定链的断裂而发生观测记录丢失和冻土器使用周期缩短的情况。为了减少这种现象的发生,我们在实际工作中对冻土器的原有设计进行了改进,选取了更具优势的替代性材料,从而大大提高了观测效果。     

平安地区自建站以来冻土变化规律分析

利用1989—2013年平安区气象局冻土资料,分析了25a平安地区季节性冻土变化情况。平安区冻土开始日期逐渐延后,1989—2000年,平均开始日期为11月1日,2001—2013年,平均开始日期为11月8日,平均开始时间推迟了7d。冻土结束日期提前,2000年以前的平均解冻日期是3月21日,2000年以后的平均解冻日期是3月8日,解冻时间提前了13d。冻土持续时间缩短了21d。平均冻土深度和最大冻土深度均减小,其中平均冻土深度从2000年以前的93.5cm减少至2000年以后的88.5cm。平均深度减小了5cm。     

近50年来中国季节性冻土与短时冻土的时空变化特征

在对中国冻土气象观测资料整理和分析的基础上, 研究了中国冻土分布的时空演变规律。主要分析了中国冻土分布的季节变化、冻土深度的空间变化, 以及冻结日期、解冻日期、冻结时间长度的空间分布特征, 同时也分析了以上各要素的时间变化特征。结果表明: 中国冻土分布广泛, 在我国东部的长江以北地区、西北地区及青藏高原地区均有分布; 其中季节性冻土具有显著的年内变化特征, 冻结一般从秋季开始, 冬末春初冻结的面积和深度达到最大, 春季逐渐开始融化, 夏季冻结的面积和厚度达到最小; 冻土的冻结过程和融化过程表现出各自不同的特征, 整个中国地区冻土的融化过程所持续的时间比冻结持续的时间长, 也更为复杂, 这与地形及土壤特性有着密切的关系; 近几十年来, 在全球变暖背景下, 中国冻土主要表现为最大冻土深度减小, 冻结日期推迟, 融化日期提前, 冻结持续期缩短, 以及冻土下界上升的总体退化趋势, 冻土的主要转型时期发生在20世纪80年代中期。     

1962-2007年伊犁河谷冻土分析

利用1962--2007年伊犁河谷气象站冻土资料,分析了46a伊犁河谷季节性冻土变化情况。伊犁河谷冻土开始日期逐渐延后,各站的平均开始日期从10月29日延后到11月19日,推迟了20d。冻土结束日期提前,冻土持续时间缩短21d。平均冻土深度和最大冻土深度均减小,其中最大冻土深度从62．47cm减少到51．93cm。     

冻土器的快速修复及改进

冻土器观测是地面气象观测项目之一.虽经多年使用,但至今仍没有改进.各站在冬季的观测使用中,最普遍出现的故障是内管中的铁链中断,中断后的链子堆积在冰柱上端而无法确定冻土刻度.冰柱稍短时,由于铁链堆积重量大造成冰柱整体下滑,出现记录失真.因此,发现铁链中断时,要及时修复.下面介绍快速修复冻土器的方法及改进措施.     

基于FDR原理的冻土测量方法

在我国地面气象观测中,冻土的自动观测一直未能实现,为了解决这一问题,本文基于频域反射(Frequency Domain Reflectometry,FDR)测量原理,通过测量土壤介电常数变化实现冻土测量的方法,设计了一种基于平面电容传感器分层检测冻土的传感器,土壤冻结时,其内部水分会相变为冰,水的介电常数远大于冰,利用水冻结相变后引起介电常数急剧变化的特性,建立了基于土壤介电常数、地温反演冻土的数学模型,并进行了典型土壤实验室冻结试验及外场对比观测试验,结果表明:冻土传感器能正确分辨土壤冻结状态,测量数据与人工观测趋势一致,相关系数可达0.99以上,平均测量误差小于3cm,基于介电特性的冻土传感器可以准确连续测量土壤的冻结深度及其生消变化。