青藏铁路沿线天然场地多年冻土变化

基于青藏铁路沿线30个天然场地2006—2015年地温观测资料,对多年冻土天然上限(以下称冻土上限)及其变化、不同深度冻土地温及其变化进行分析,研究了近期多年冻土时空变化特征。观测结果表明,冻土上限为0.88~9.14 m,平均为3.54 m。在冻土上限下降的场地中,冻土上限下降幅度为0.05~2.22 m,平均为0.51 m;冻土上限下降速率为0.01~0.25 m/a,平均为0.07 m/a。高温冻土区冻土上限下降幅度与下降速率分别大于低温冻土区的0.47 m与0.06 m/a。总体而言,冻土上限附近和15 m深度地温呈上升趋势。其中,冻土上限附近地温升温幅度为0.01~0.60℃,平均为0.16℃;冻土上限附近地温升温速率为0.001~0.067℃/a,平均为0.018℃/a。低温冻土区上限附近地温升温幅度与升温速率分别大于高温冻土区0.12℃和0.014℃/a。15 m深度地温升温幅度为0.01~0.48℃,平均为0.10℃,15 m深度地温升温速率为0.002~0.054℃/a,平均为0.011℃/a。低温冻土区15 m深度地温升温幅度和升温速率分别大于高温冻土区0.11℃和0.012℃/a。个别观测场地受局地因素影响,出现了冻土上限抬升和冻土地温下降的情形。     

基于GIS空间分析模型的祁连山多年冻土研究

依据祁连山和青藏高原气温、地温、冻土厚度与经纬度以及海拔的经验公式, 通过ArcGIS空间分析, 获得了祁连山地区年均气温、年均地温和冻土厚度的空间分布规律。祁连山多年冻土区年均气温和年均地温分别为-12~-6 ℃和-4~-2 ℃, 多年冻土厚度变化于90~140 m之间。其中, 哈拉湖地区海拔4300 m以上的高山区温度最低、冻土最厚, 年均气温和年均地温分别低于-10 ℃和-4 ℃, 多年冻土厚度大于140 m。结合祁连山烃源岩区域分布特征和木里天然气水合物钻孔的冻土厚度资料, 认为中祁连盆-山构造地貌发育区为天然气水合物成藏最有利区域。      

基于年平均地温的青藏高原冻土分布制图及应用

年平均地温是指多年冻土年较差为零的深度处的地温,是冻土分带划分的主要指标之一.利用青藏公路沿线钻孔实测年平均地温数据,进行回归统计分析,获取年平均地温与纬度、高程的关系,并基于该结果,结合TOPO30高程数据模拟得到整个青藏高原范围上的年平均地温分布.以年平均地温0.5℃作为多年冻土与季节冻土的界限,对比分析模拟图与青藏高原冻土图,除个别区域有较明显的差异,模拟结果图较好地体现了青藏高原冻土的分布情况.利用模拟结果,根据青藏高原多年冻土分带指标及寒区工程多年冻土区划指标,对青藏高原多年冻土分布进行了分带划分,并统计各分带面积;根据简化的冻土厚度计算公式,计算了青藏高原多年冻土的厚度分布.最后,利用数值预测方法的结果,在气候年增温0.04℃的背景下,对高原未来冻土分布进行了预测.     

青藏高原多年冻土区地温年变化深度的变化规律及影响因素

地温年变化深度的准确判断对于多年冻土发育特征评估、寒区冻土模式下边界深度的确定具有重要意义.通过对青藏高原地区典型钻孔地温数据进行分析,初步揭示了多年冻土地温年变化深度的变化规律及其影响因素,并提出一种简化了地表和活动层状态影响的地温年变化深度估算方法.结果表明：研究区低温冻土的地温年变化深度平均值比高温冻土大4.6 m,随着冻土温度升高,地温年变化深度基本上呈减小趋势,部分低温冻土钻孔由于土层含水率过高导致地温年变化深度相对较小;由于活动层水热动态和冻融过程的影响,地温年变化深度与浅层（0.5 m）温度年较差相关性不显著,而与多年冻土上限附近温度年较差的大小呈显著正相关关系;地层介质的热扩散率差异是导致地温年变化深度区域差异和变化的主要原因,土层含水率、温度、质地以及水的相态是影响地层热物理性质重要因素.     

青藏铁路沿线多年冻土区地温场变化规律

青藏铁路通过约550km的多年冻土区,统计和分析青藏高原多年冻土分布区主要气象台站的资料可以看出,近30a来高原多年冻土区的气候变化总的趋势是向着气温升高的方向发展的,气温的变化对多年冻土热状态的扰动主要表现在地温场的变化上.30多年来高原气温升高0.45℃左右,并引起冻土地温平均升高了0.2～0.3℃.分析青藏铁路通过的多年冻土地区典型地段测温孔资料,发现多年来气候转暖已经使冻土上部(20m以上)地温明显升高,影响深度已经波及到了40m.     

地形因子对华东地区降水影响的尺度效应研究

降水是地表淡水资源的主要来源,降水分布强烈的时空异质性给陆地水循环研究带来了较大不确定性,因此降水的空间异质性及其影响因子研究一直是水循环研究的重点。选取观测资料丰富的华东地区,采用351个气象台站降水观测数据,通过一般线性回归模型、地理加权回归模型和多尺度地理加权回归模型的拟合结果,研究了典型地形因子对降水空间分布的影响及其影响尺度。结果表明,传统的一般线性回归模型不能表征降水分布的空间异质性,而地理加权回归模型和多尺度地理加权回归模型均较好地拟合出了降水在空间上的非均匀分布（R2>0.7）。此外,多尺度地理加权回归模型的带宽数还反映了各地形因子对降水空间分布的影响尺度。一般说来,带宽数较小的局地影响因子对降水的空间异质性影响较强。对于年降水量,地形高程和地形起伏度是影响降水空间异质性的主要地形因子,而地形坡度和主风向系数对降水的影响不显著。在不同季节,各地形因子对降水空间分布的影响程度不同。地形高程对夏季降水影响较大;离海岸线距离对春、秋季南部山区降水影响较大;地形起伏度对冬季降水有重要影响。厘清我国不同季节降水与地形因子间的关系,有助于理解各季节复杂地形因子对降水的贡献,为...     

辽宁省地温场结构及变化特征

以辽宁省为例,采用统计分析方法,根据辽宁省61个气象站1951-2013年0~320 cm地温资料,分析了季节性冻土区地温场结构和变化特征。结果表明：地温最冷月出现时间随着深度增加而推后,辽宁各地浅层地温最冷月基本均为1月,深层地温最冷月为1-5月,深度越深温度越高。地温最热月出现时间也随深度增加而推后,浅层地温最热月为7、8月,深层地温最热月为8-10月,深度越深温度越低。越深层地温受地表影响越小,320 cm深度与地表的月平均最大温差达到19℃左右,40 cm深度与地表的月平均最大温差仅在8℃左右。随着深度增加,地温的季节变化减小,沈阳320 cm深度地温年内温差不足8℃。5~80 cm深度3-8月为储能期,160 cm深度5-9月为储能期,320 cm深度6-10月为储能期。越接近地表,地温日变化越显著,40 cm以下深度基本可以忽略日变化。沈阳地温升高程度大于气温,以向大气输送热量为主。地表最冷月变暖率明显大于最热月,但随着土层加深各土层最冷月、最热月变暖的程度无明显规律。深层地温的年际变化有时会受到更深层热源的非气候扰动。地温变化对气候、冻土区域工程等的影响不容忽视。     

祁连山大通河源区冻土特征及变化趋势

大通河源区位于祁连山中东部, 属高山多年冻土区, 利用源区内冻土钻探及监测资料对源区冻土发育的基本特征及变化趋势进行了分析和探讨. 冻土地温分析表明, 源区冻土年平均地温随海拔的变化梯度约为3.82 ℃·km^-1, 且冻土地温与表层覆被条件关系密切. 盆地平原地带多年冻土厚度约为17~86 m, 且以海拔每上升100 m冻土厚度增加约10 m的梯度增加. 多年冻土活动层厚度受海拔地带性作用不显著, 更多地受局地因素的控制, 地表覆被条件成为其主要影响因素. 在气温升高以及人类活动日益增多的影响下, 源区冻土整体处于退化状态, 多年冻土年平均地温以0.0075 ℃·a^-1的速率上升.     

下边界条件对多年冻土温度场变化数值模拟的影响

在气候变暖背景下,北半球多年冻土呈现不同程度的退化趋势,冻土升温、活动层增厚、地下冰消融改变了区域工程地质条件、地形地貌,不仅对寒区环境和工程稳定性造成潜在的威胁,还影响着这些地区的气候、水文和生态过程。因此,准确评估和预估多年冻土热状况的变化具有重要科学和实践意义。现有用于模拟多年冻土热状况的各类模式重点考虑了近地表温度场变化对多年冻土的影响,主要集中于对气温和浅表层物理过程和参数化方案等改进和优化,而对于下边界条件设置对多年冻土热状况模拟的影响少有讨论。基于一维热传导冻土模型,以五道梁地区的多年冻土为研究对象,通过设置不同的下边界方案进行模拟实验,定量评估百年尺度气候变化下不同下边界条件对多年冻土温度场变化数值模拟的影响。结果表明：近地表层（<3 m）的温度场完全由年际气候变化决定,浅层（3~15 m）及中层（15~30 m）的多年冻土温度场受下边界条件的影响逐渐显著,深层（>30 m）的地温对百年尺度气候变化的响应不仅与气候变化的幅度有关,还与多年冻土相变热的多少有直接的关系。下边界条件不恰当的设置方式会对大尺度的气候变化下多年冻土消融程度的计算造成较大的影响,进而可能对深层地温乃至多年冻土区面积变化造成严重的误判。因此,开展百年尺度多年冻土温度场变化模拟时,应采用深层或多年冻土底板以下融土层的稳定地热流作为下边界条件。     

基于PCA-GWR的包气带不同土层饱和导水率的传递函数及其回归克里金估计

饱和导水率是重要的土壤水力学参数,对渗流和溶质运移研究起着至关重要的作用.土壤传递函数可以代替大规模采样和室内外试验间接预测该参数,但由于土壤的空间变异性以及方法的局限性等原因,以往的传递函数往往精度有限.本文以黄河下游沿岸兰考县闫楼乡包气带不同土层为研究对象,基于64个钻孔数据,将土壤粒径分布（黏粒、粉粒和砂粒含量）、土壤结构分形维数、干容重、总孔隙度、pH值、有机质和电导率等9个基本理化特性参数作为影响因素,基于逐步回归、主成分回归和主成分-地理加权回归（PCA-GWR）三种方法,分别对研究区包气带不同土层的饱和导水率进行回归分析,比较精度后基于PCA-GWR对饱和导水率进行地理加权回归克里金插值.结果显示,除表层粉土以外,PCA-GWR法的预测精度有显著优势.不同土层传递函数和饱和导水率分布的差异性表明,由于黄河下游地区快速多变的沉积过程、黄河的决口改道以及人类活动等因素,包气带土层相变剧烈,土壤饱和导水率在平面上亦具有明显的非平稳特征.而局部地质作用和人类活动是第二层粉土层回归克里金估计结果欠佳的深层原因.     

东北多年冻土区露天煤矿回填后地温恢复影响因素分析

针对东北多年冻土区古莲河露天煤矿回填的问题,利用数值模拟方法,对露天煤矿回填后地温变化及影响因素进行分析。结果表明:影响地温恢复的主要因素是填土深度,其次是填土温度;气候变暖情景下,填土区地温呈现先降低后升高的趋势,起负影响的控制时间点是填土后50 a左右;填土对下覆及侧向区域的热影响随外界因素变化不大,影响范围在5 m内,影响时间在5 a内。其中,填土温度20 ℃、15 ℃、10 ℃及2℃,回填区地温可在27 a、21 a、16 a和10 a时恢复到0℃以下;回填深度2.6 m、10 m、20 m、30 m及40 m,填坑区域可在回填后1 a、9 a、27 a、65 a及114 a形成冻土;建立的统计回归模型与回填80 m数值分析结果吻合,验证了模型的可靠性;在此基础上,定量给出适宜回填施工作业季节和回填作业方式。     

1980-2017年青海省玉树地区季节冻土变化对气候变暖的响应

利用玉树地区5个气象台站1980-2017年逐月温度和最大冻土深度资料,采用线性趋势、相关及主成分分析等统计方法,对玉树地区最大季节冻土深度在气候变暖背景下的变化规律进行了详细探讨,在分析冻土深度与气温及地表温度变化关系的基础上给出最大冻土深度对温度变化的响应模型。结果表明：1980-2017年玉树地区最大冻土深度以10 cm·（10a）^-1速率呈显著下降趋势,年代际间变化则表现出“减-增-减-增”波动特征,年内对温度变化的响应在时间上存在一定滞后性;最大冻土深度空间分布呈“西北高、东南低”且具有明显的垂直地带性分布;温度变化对局地季节性冻土的影响有一定差异性,除平均最高地温外其余各温度因子与最大冻土深度变化具有良好的一致性,对冻土影响最大的是平均地温,其次为平均最低气温和平均气温,季节性冻土对气温变暖的响应呈现为退化状态。最大冻土深度变化的温度影响因子主成分回归表明,近年来气温和地温的显著升高是玉树地区冻土退化的最大驱动力,响应模型对估算玉树地区未来最大冻土深度的变化具有较高的可信度。     

大兴安岭东坡新林林区冻土变化特征

大兴安岭处于欧亚大陆多年冻土带南缘， 其多年冻土形成、 发展和保存更多受制于植被、 水分等局地因子的影响。采用钻探、 探地雷达和冻土温度长期监测等手段研究发现， 放牧活动会影响大兴安岭东坡新林林区活动层厚度， 放牧活动比较强烈的地段， 活动层可达2.5 m， 放牧区边缘至未放牧区域， 活动层缩减至1.5 m。塔头2013年11月2.0 m处的地温仍然在0 ℃以上（0.04 ℃）， 当放牧行为终止及加漠公路改道后， 2.0 m处的温度开始逐渐恢复， 温度由-0.12 ℃降到-0.69 ℃， 1.5 m处的温度则由0.17 ℃降到-0.42 ℃， 2018年底塔头的活动层厚度已经小于1.5 m。从地表植被类型上看， 松树林、 塔头和灌丛的活动层多年平均厚度分别为0.8 m、 1.3 m和0.7 m， 近地表0.5 m处的年平均地温为0.07 ℃、 0.52 ℃和0.22 ℃， 年变化深度处（11 m）的年均温度为-1.34 ℃， -0.98 ℃和-2.19 ℃。从地温曲线类型上看， 灌丛下的多年冻土比较稳定， 地温曲线属于正梯度型。松树林和塔头下的冻土温度比较复杂， 松树林地温曲线为偏负梯度型-零梯度型-偏正梯度型， 塔头为负梯度型-扭曲型。在地表植被类型和人类活动的共同影响下， 研究区多年冻土经历了地表干扰开始退化、 干扰消除不再退化以及慢慢恢复的过程。     

气候变化背景下青藏铁路沿线多年冻土变化特征研究

多年冻土是复杂地气系统的产物, 以升温为特征的气候变化不可避免地对其产生影响. 基于青藏铁路沿线8个天然场地2006-2011年的地温监测资料, 分析了气候变化背景下, 多年冻土升温特征及上限变化规律, 并对低、高温冻土的变化特征进行了对比分析. 结果表明: 2006-2011年监测期间, 铁路沿线多年冻土正在经历明显的升温趋势, 上限附近和15 m深处平均升温率分别为0.015 ℃·a^-1和0.018 ℃·a^-1, 其中, 低温冻土区在上述两个深度处升温均比高温冻土区显著; 多年冻土上限深度也表现出一定的增深趋势, 平均增深速率为4.7 cm·a^-1, 其中, 高温冻土区增深速率大于低温冻土区. 低、高温冻土对气候变化的响应表现出了较大差异. 同时, 受局地因素的影响, 不同区域在升温和上限增深上也存在一定差异.     

城市和郊区浅部地温场差异

为了了解和掌握城市和郊区浅部地温场的变化规律,在南京市城区和郊区分别建设了长期观测站,并选择了多个随机观测点,获得了一批地温场资料,通过分析发现:(1)城市地温场年平均温度为19.23℃,比郊区高2.02℃,存在显著的城市热岛现象。(2)城区和郊区地温场存在明显的时空差异:在时间序列上,城郊地温场日平均温差波动幅度较大,变化范围为0.37～3.83℃; 月平均温差变化范围为1.34～2.9℃,最小平均温差出现在11月,最大平均温差出现在7月; 季平均温差变化范围为1.53～2.45℃,其中夏季平均温差最高,秋季最小。在深度空间上,日气候因素对地温场的临界影响深度约为60cm,在此临界深度以下,每增加100cm,月平均最高/低温出现时间滞后约1个月; 在0～300cm深度内,城郊地温差总体上随深度的增加有递增趋势。在平面空间上,城郊地温场的分布很不均匀,而且城区地温场的不均匀性更加突出。     

岩溶区土壤有机质空间变异性分析

采用GIS和地统计学研究土壤有机质（SOM）的空间分布、影响因素和预测是指导农业生产、环境治理和土壤碳储计量的重要手段。基于广西马山县北部岩溶区表层土壤 (0~20 cm)的441个SOM数据,建立普通克里格(OK)、回归克里格（RK）,以及结合辅助变量的地理加权回归克里格(GWRK)、残差均值（MM_OK）和中值（MC_OK）均一化克里格的5种模型,并比较其预测精度,旨在探讨岩溶区SOM制图中地统计学方法的适用性。结果表明:（1）SOM的变异系数为37.30%,属于中等空间变异;（2）岩溶区SOM空间变异受土地利用方式、土壤类型和地形因子等因素共同影响,SOM高值区分布在西北部、西部和东部等石灰土分布的岩溶区和水田,低值区位于北部红水河沿岸的冲积土地带;（3）RK、GWRK、MM_OK和 MC_OK对SOM解释能力均较优,可用于岩溶区SOM预测制图。结合辅助变量因子的GWRK预测模型能有效消除空间变异因素的影响,克服岩溶区SOM含量的空间非平稳性,从而提高SOM含量模型的稳定性和精度,同时MC_OK模型能提高预测的准确度。      

青藏高原多年冻土区冻害类型及防治

文中从青藏高原的多年冻土出发,对高原多年冻土的分布及变化规律进行了概括论述。多年冻土的下界高度随纬度增高而降低的规律十分明显,平均每增高纬度1°,冻土下界降低80～100m,年平均地温增加0.9℃～1℃。多年冻土的厚度随海拔增高而增厚的垂直分带规律也很强,大约海拔每升高100m,冻土厚度增加15～20m,最大揭露多年冻土厚度为128.09m。同时对多年冻土区的冻害类型进行划分,对其比较常见和典型的主要灾害特征进行归类;并提出防治措施和建议。     

基于地理加权回归的青藏高原季节冻土区土壤有机碳空间分布研究

青藏高原土壤有机碳储量（soil organic carbon stocks， SOCS）对于区域生态环境演替具有重要作用， 但是其空间分布数据还比较缺乏， 特别是季节冻土区的数据较少。基于378个土壤剖面数据， 结合与土壤有机碳（soil organic carbon， SOC）相关的地形、 气候以及植被等环境因子， 使用地理加权回归（geographically weighted regression， GWR）模型模拟了青藏高原季节冻土区0 ~ 30 cm、 0 ~ 50 cm、 0 ~ 100 cm和0 ~ 200 cm深度的SOC总量和空间分布。结果表明： 青藏高原季节冻土区SOCS自东南向西北递减， 表层0 ~ 200 cm的SOC总量约15.37 Pg； 季节冻土区不同植被类型SOC从大到小依次为森林、 灌丛、 高寒草甸、 高寒草原和高寒荒漠； 各土壤类型中棕壤、 黑钙土和泥炭土的SOC最大， 而棕钙土、 棕漠土、 灰棕漠土、 风沙土、 石质土、 盐土、 冷钙土、 寒漠土以及冷漠土的SOC最小。研究结果给出了青藏高原季节冻土区SOC的总量、 空间分布及规律， 可为相关地球模式的发展提供基础数据。     

青海204省道祁默段沿线多年冻土发育特征

采用踏勘、挖探、钻探和地温测试手段,对区间冻土的分布、上限、年平均地温、含水率及冻土地貌等特征进行了分析研究。结果表明：研究区域多年冻土主要分布在海拔3 600 m以上地区;单一地貌形态下,冻土上限和年平均地温与海拔均呈近线性分布关系;受地形主控,积雪、蒸发、土体结构共同影响,相同海拔位置大冬树山北坡峡谷区冻土上限和年平均地温分别深和高于南坡缓坡区;地下含水量越高越有利于冻土的发育和保存,除影响冻土类型外,其在冻土边缘带是岛状冻土形成的主要因素;冻融草丘和冻融滑塌的发育程度一定程度上反映了冻土的基本特性。最后,针对区域冻土发育特征,探讨了204省道工程建设中冻土路基处理的应对工程措施。     

青藏铁路北麓河地区典型热融湖变化特征及其对冻土热状况的影响

在全球气候变暖、青藏高原平均气温升高的大背景下,多年冻土区热融湖的发育及其对冻土热状况的影响日益显著.以北麓河地区的一典型热融湖为例,通过对湖岸坍塌及年地温变化等进行监测分析.结果表明:目前该热融湖湖岸逐年坍塌,坍塌主要发生在靠近铁路一侧厚层地下冰发育区域,年平均坍塌宽度大约为0.5m,湖心下原约83.0m多年冻土已全部融化.根据210Pb测年,估算该热融湖形成于约890aBP前.在热融湖的影响下,湖心至路基坡脚天然孔之间多年冻土上限深度及多年冻土厚度均发生了很大变化,湖近岸多年冻土上限深度比路基坡脚天然孔多年冻土上限深约0.65m,湖边多年冻土厚度也比路基坡脚天然孔多年冻土厚度薄约60m;湖心至路基坡脚天然孔之间土层在水平方向形成明显的地温差异,在相同深度,湖心下土层地温年平均值比天然孔地温年平均值高5.0℃左右.热融湖作为热量的载体,以二维热传导方式将热量向其周围传递,导致附近多年冻土温度升高,热稳定性降低.