中俄原油管道工程(漠河-大庆段)沿线气温、地表和浅层地温年际变化特征

分析了中俄原油管道(漠河-大庆段)沿线自建站至2005年的月平均气温和地温观测资料,并通过插补建立了1961-2005年漠大沿线各站各季及年平均温度资料完整序列.结果表明:各站年平均气温具有很好的相关性,近40多年年平均气温在20世纪60年代最低,70年代略有回升,80年代后气温逐渐升高,进入90年代后期升温有所减缓;沿线各站的年平均地表温度也是20世纪70年代最低,70年代进入80年代升温最明显.气温升温最显著的是冬、春季,升温率分别达到0.71 ℃·(10a)-1和0.48 ℃·(10a)-1,夏季升温率只有0.27 ℃·(10a)-1.年平均气温和地表温度的升温率分别为0.45 ℃·(10a)-1和0.27 ℃·(10a)-1,气温的升温比地表温度要快.年平均地表温度要比年平均气温高,深层地温的变化趋势与气温基本一致,在位相上有1～2 a的差异.     

中俄原油管道工程(漠河大庆段)沿线气温、地表和浅层地温年际变化特征

分析了中俄原油管道(漠河-大庆段)沿线自建站至2005年的月平均气温和地温观测资料,并通过插补建立了1961—2005年漠-大沿线各站各季及年平均温度资料完整序列.结果表明:各站年平均气温具有很好的相关性,近40多年年平均气温在20世纪60年代最低,70年代略有回升,80年代后气温逐渐升高,进入90年代后期升温有所减缓;沿线各站的年平均地表温度也是20世纪70年代最低,70年代进入80年代升温最明显.气温升温最显著的是冬、春季,升温率分别达到0.71℃.(10a)-1和0.48℃.(10a)-1,夏季升温率只有0.27℃.(10a)-1.年平均气温和地表温度的升温率分别为0.45℃.(10a)-1和0.27℃.(10a)-1,气温的升温比地表温度要快.年平均地表温度要比年平均气温高,深层地温的变化趋势与气温基本一致,在位相上有1～2a的差异.     

2000年后青藏高原区域气候的一些新变化

在全球气候变暖进程中,青藏高原气候也发生了一系列的改变.在综述前人研究成果的基础上,从气温、地表温度、地面风速和地表感热通量等方面重点阐述了2000年后青藏高原气候的一些新变化及其可能原因.研究表明:青藏高原气温和地表温度在2000-2010年显著增温,而在2010年后出现增温变缓的趋势;地面风速在2000年前后发生了显著的趋势转变,由2000年之前的显著减小趋势逐渐转变为2010年后的显著增大趋势;2000年后风速和地气温差的变化共同导致地表感热通量的增强和趋势转折,其中,2000-2010年地温增温率快于气温的增温率,这对地气温差的加大和地表感热的增强具有重要贡献,2010年以后地面风速的快速增大是高原感热增强的主要因素.青藏高原风速的变化可能主要与大尺度的环流调整有关,而高原地温的变化则可能主要是高原局地下垫面要素相互作用的结果.该研究为理解青藏高原气候变化的最新进展提供了重要参考.     

1961-2015年山东省济宁市地温与气温变化的相关分析

土壤温度直接影响着作物的生长,在气候变暖的大背景下,研究地面浅层下温度的变化,对指导农业生产意义重大。利用1961-2015年济宁国家级气象站气温和0～20cm地温资料,采用气候倾向率、累积距平、信躁比、蒙特卡罗检验等统计方法,对气温和地温的年、季变化和气候突变及异常特征进行相关分析。结果表明：年、季平均气温和地温均呈极显著增温趋势,增幅为0.18～0.58℃·（10a）^-1,地温增幅小于气温,地温春季增幅最大,气温冬季增幅最大。年平均地温与气温呈极显著正相关,相关系数均在0.87以上,其中20cm地温与气温的相关系数最大为0.93,5cm最小为0.87,春季最大,冬季最小。气温极值的变化与地表温度极值的变化相关性极为显著,平均最低值的相关系数最高。年平均气温和15cm、20cm平均地温在1986年、0cm平均地温在1993年发生了突变,突变前为冷期,突变后为暖期,自20世纪80年代末以来,气温与20cm地温的变化规律最为接近。四季中,气温与0cm地温的异常年份具有较好的一致性;春、夏、秋三季地温和气温分别在2014年、2013年、1998年异常偏高,冬季地温异常年份受气温异常的影响最小。     

青藏铁路遮阳棚路基试验工程效果实测研究

太阳辐射是导致气温和地表温度升高的主要因素之一,遮挡了太阳直接辐射后可以有效降低地表温度.基于青藏铁路冻土区遮阳棚路基试验工程监测数据,分析了遮阳棚内外的气温差异和路基地温特征.结果表明:遮阳棚能够降低棚内气温,监测期间棚内年平均气温低于天然条件下平均气温值0.6℃;监测期内天然条件下近地表0.1～0.3m范围的气温高于1.0m以上气温近1℃,但在棚体内部仅相差约0.3℃;日最高气温值在棚体内外的单日差值达6.0℃,平均气温值在地面0.1m高度处相差4.2℃,1.5m高度处相差2.1℃;在遮阳棚的作用下,棚体内部及附近土体地温有所降低,且多年冻土上限有一定的抬升,抬升最大幅度达1.0m.监测结果显示了遮阳棚对于保护路基下冻土的良好效果.     

从钻孔温度看气候变化──方法介绍及实例

地壳浅层的地温分布与过去一定时期的地表温度变化之间有着内在的联系，地温场记录着地表温度变化的历史。由于地表温度是描述气候变化的重要参数，通过对钻孔地温数据进行分析处理，可以达到研究古气候变化的目的。美国东北部、加拿大东南部和中国四川攀西地区若干钻孔地温剖面的反演结果一致表明，这些区域在过去数百年间地表温度均有不同程度的升高。与研究古气候的其他方法相比，地热方法具有理论基础牢固和现成数据基础庞大的突出特点，这一研究方法在世界范围的广泛应用必将有助于揭开全球气候变化的奥秘。     

东北地区地温和冻结深度时空特征的细化分析

根据东北地区144个国家气象站1951—2016年的地温和土壤冻结深度资料,采用实测资料统计及统计建模推算的方法,对东北地区地温和冻结深度时空特征进行了细化分析。结果表明：东北地区地温整体由南到北逐渐降低,冻结深度逐渐增大。各层年平均地温呈向北2个纬度降低1 ℃左右,年平均最大冻结深度为向北2~3个纬度加深30 cm左右,极端最大冻结深度为向北2个纬度加深30 cm左右。地温和冻结深度与纬度关系显著,与经度和海拔也有一定相关性,但在东北北部的多年冻土区基本不受后两者影响。不同深度的地温季节特征不同,地表温度季节特征与气温一致,160 cm以下深度四季温度从高到低为秋、夏、冬、春。地表夏季与冬季温差达到33.5 ℃,而320 cm深处最热季与最冷季的温差仅为7 ℃。气候变暖使得东北地区各层地温升高、冻结深度减小、冻结期缩短,尤其在多年冻土区及其临近的高纬度季节冻土区更为显著。相对于下层土壤,地表升温最大。伊春地表升温趋势达到1.16 ℃?（10a）^-1,40~320 cm土层升温趋势为0.60 ℃?（10a）^-1左右,冻结深度减小、冻结期缩短趋势分别达到 23 cm?（10a）^-1、8 d?（10a）^-1,大幅升温不利于多年冻土的存在。     

新疆季节性积雪对地表温度的影响

在气候变暖背景下,土壤热状态的变化正对土壤中发生的物理、化学以及微生物过程起着至关重要的作用。土壤热状态通常由气温主导,并受到植被、积雪、土壤性质等局部因素控制。积雪改变了大气与土壤之间的能量交换,对冷季土壤热状态起到了决定性作用。本文基于新疆地区中国气象局77个观测站点逐日的积雪深度、气温、地表温度(土壤0 cm处)数据,利用统计分析与数值模拟方法,综合探究了新疆地区季节性积雪对土壤温度的影响,同时揭示了新疆地区积雪对土壤热状态影响的原理机制。结果表明,2005—2020年新疆地区77个气象站点冷季地表温度、气温、积雪深度、地气温差在空间上的分布具有一致性。2005—2020年稳定积雪站的冷季(10月—次年3月)平均雪深为5.9 cm,平均气温为-4.6℃,平均地表温度为-1.3℃。而非稳定积雪站平均气温为1.4℃,平均地表温度为2.4℃。地气温差受积雪深度的控制,积雪每增加1 cm,地气温差增加0.26℃。拟合结果显示,气温每增加1℃,当积雪深度为5 cm时,地表温度增加0.57℃;当积雪深度为30 cm时,地表温度增加0.20℃。进一步选取典型稳定积雪站阿勒泰站开展了2008年积...     

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。     

近30年南京市浅层地温场变化规律研究

在收集南京市单一观测站点近50年气温资料和近30年浅层地温数据的基础上,对南京市地温变化趋势及其与气温变化的相关性进行了分析,对不同深度定时地温变化、日均地温伞年变化、地温日较差变化等进行了比较,同时也对地温变化对城市浅层土工程性质可能带来的影响进行了分析.结果表明:地温场与气温场变化规律基本一致,但存在一定的滞后现象;南京市月均地温变化规律基本相同,最高值出现在7,8月份,最低值出现在1,2月份;近30年来浅层地温场总体呈现上升趋势,其中地表上升最大值达2.8℃,0～20 cm土层温度变化幅度比较接近,上升最大值达2.0℃,40 cm处最大值达1.75℃;30年来地表最大温差高达84.5℃,40 cm深度最大地温差也超过27.5℃,因此多年地温变化对城市浅层土工程性质的影响不容忽视.     

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。     

Heat flow and inferred ground surface temperature history at Tynong North,southeastern Australia

Borehole temperature data have the potential to record historical variations in ground and air surface temperature, yet very few reliable, purpose-drilled, boreholes are available to explore such impacts, particularly in the southern hemisphere. The 400-m deep Tynong-1 borehole, approximately 65 km ESE of Melbourne, Australia, was drilled specifically to determine conductive heat flow and provides a unique dataset for evaluating ground surface temperature history in southeastern Australia. Steady-state conductive heat flow of 87 ± 1 mW m^?2 was determined in the deeper borehole sections, with measured temperature profiles clearly demonstrating a progressive divergence of the observed temperature profile from the equilibrium model in the upper ～150 m of the hole. We applied a Bayesian method employing a reverse jump Markov chain Monte Carlo search algorithm to explore the origins of this variation. Our results indicate a 2°C increase in ground surface temperature since 1800, after at least 500 years of relatively stable ground surface temperature. The inversion results are consistent with the trend of surface air temperature recorded in southeast Victoria by historical meteorological data since 1950. The inferred increase in ground surface temperature evident prior to 1950 is likely a cumulative effect of land clearing and a rise in surface air temperature.     

利用钻孔温度梯度重建过去气候变化进展

地球表面的温度信号向地下传播并影响地下温度剖面,这种温度剖面可从钻孔中测量,通过分析可重建过去表面温度变化.虽然认识到表面温度变化对地下温度和热流的影响已有很长时间,但仅在20世纪80年代以后钻孔温度剖面才被广泛应用于气候变化研究.钻孔气候方法与其他重建过去气候的近似方法不同,因为它是基于温度剖面测量与过去气候,即地表温度(GST)、重构参数的直接物理联系之上的.钻孔温度气候研究方法已被证实可以重建过去地表温度趋势,并且最终可结合表面气温序列估计其预观测平均值(POMs).钻孔温度剖面并不是地表温度的代用指标,而是地球大陆表面能量平衡的直接测量.这种地下的信号通过热扩散衰减非常快,因而对从地下温度测量数据中提取过去气候变化信息的方法施加了一个物理限制.描述由钻孔中测量的温度—深度剖面来重建GST历史的基本特征及问题.     

The Little Ice Age signature and subsequent warming seen in borehole temperature logs versus solar forcing model

The ‘low’ in the transient temperature versus depth borehole profiles around 120 m seen from deep temperature logs in the Canadian Prairies (southern Alberta–southern Saskatchewan), as well as in some of the European data, has been interpreted to be related to the Little Ice Age (LIA). Data point to the lowest ground surface and subsurface temperatures occurring in the very late eighteenth to nineteenth centuries. Inversion of these logs shows that surface temperature lows were followed by a recent warming period. Further, the synthetic profiles built on the basis of solar forcing history, stretching as far back as the beginning of the seventeenth century, suggest that the LIA signatures interpreted from the inversion of the borehole temperature logs would be difficult to be explained by known published models of past solar irradiation despite large range of assumed sensitivities for the couplings assumed, and that further forcing needs to be considered.     

Temperature logs in deep wells—a useful tool for past climatic reconstruction

According to the theory of heat conduction in a semi-infinite body, temperature changes at the surface propagate into the subsurface with the amplitude attenuation and time delay that increase with depth. Temperature changes on the earth's surface, reflecting the past climatic history, can thus be evaluated by analysing the curvature they have caused in the present temperature-depth distribution. As a rule, temperature profiles to depths of 200–300 m record surface temperature trends accurately over the last two centuries or so; deeper holes may reveal climate history farther back but with decreasing resolution. We present several synthetic temperature-depth profiles to demonstrate the expected signature of past surface temperature changes in the subsurface, the analysis of which may help better identify the climate of the past. Examples of extracted climate recollections from holes in North America and Europe are discussed. While inconspicuous underground records may correspond to the postglacial warming 8–11 kyr ago, reasonably well-documented borehole logging data have confirmed climate excursions in the past millenium, namely the Little Climate Optimum and the Little Ice Age. Traces of recent warming are generally common in many temperature records, evidencing the temperature rise by 1–2 K over the past 100 years.     

基于CMIP6模式数据的1961—2100年青藏高原地表气温时空变化分析

基于第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的22个地球气候/系统模式模拟数据,分析了1961—2100年期间青藏高原年均地表气温在不同情景下的时空变化。结果表明,多模式集合平均的模拟结果优于大多数单个模式。由于共享社会经济路径（SSP）和辐射强迫的不同,在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5四种情景下,2015—2100年间青藏高原年均地表气温的增温趋势分别为0.10 ℃·（10a）^-1、0.29 ℃·（10a）^-1、0.53 ℃·（10a）^-1和0.69 ℃·（10a）^-1,帕米尔高原、藏北高原中西部和巴颜喀拉山区为三个升温中心。相对于1995—2014年参考时段,到本世纪中期（2041—2060年）,青藏高原区域年均地表气温将分别增加1.37 ℃、1.72 ℃、1.98 ℃和2.30 ℃,而到本世纪末期（2081—2100年）,年均地表气温将分别增加1.42 ℃、2.65 ℃、4.28 ℃和5.38 ℃。与《巴黎协定》提出的到本世纪末全球平均气温升高不超过2 ℃目标相比,无论在哪种情景下,到本世纪中期时青藏高原年均地表气温相对于工业革命前均升高超过2 ℃,这会造成极大的气候生态环境问题。     

多年冻土地区砂砾路面路堤临界高度数值分析

In permafrost regions of Qinghai-Tibetan Plateau, the critical embankment height must be considered in the process of the construction of highway, especially for the global climatic warming. In this paper, the two-dimensional numerical analysis for the critical embankment height (for gravel road surface and coarse-grained soil) has been performed by using thefinite element method. In the calculation, we think that the service life of the construction is at least 50 years. The mean annual air temperatures applied to the calculation model are -6.5 ℃, -6.0 ℃, -5.5 ℃, -5.0 ℃, -4.5 ℃ and -4.0 ℃, respectively, and the value of temperature rise are taken as 1.10℃ in the coming 50 years. The minimum embankment heights derived from the analysis are 0.85 m, 0.92 m, 1.01 m, 1.18 m, 1.60 m and 2.66 m for the different mean annual air temperatures and the maximum embankment heights are 7.68 m,7.55 m, 7.34 m, 7.00 m, 6.45 m and 5.85m, accordingly. On condition that the service life of embankment is 50 years, the critical value of the mean annual air temperature is -3.5 ℃. Namely, in the areas where the mean annual air temperature is higher than -3.5 ℃, the critical embankment height does not exist.