高山多年冻土分布模型与制图研究进展

人类活动及各种工程措施的实施加速了高山多年冻土领域的相关研究,多年冻土的分布与制图成为该领域的研究热点之一.对该领域内的冻土勘察方法、冻土模型的建立、冻土分布模拟与制图等国内外研究现状进行了回顾和总结,高山多年冻土模型无论是经验统计模型,还是过程模型,都是基于对实地高山多年冻土分布状况的一种近似模拟,因而,或多或少的存在一定的误差,模型的好坏在于所绘制的高山多年冻土图与冻土实际分布状况的吻合程度.从各种高山冻土模型与制图的发展过程来看,高山多年冻土模型与制图的未来研究呈现出多元化研究和细化研究的趋势.     

基于多元自适应回归样条的青藏高原温泉区域的冻土分布制图

以探地雷达、电磁测深、钻探等技术方法获得野外数据及数字高程（DEM）遥感数据为基础,通过聚类分析和相关性分析对高程、坡度、坡向等因素对多年冻土分布的影响进行了定量化研究.利用非线性的多元自适应回归样条（MARS）方法建立了基于高程、太阳辐射的多年冻土分布模型,通过自身的交叉验证及对比年平均地温模型和逻辑回归模型的总体分...     

试论中国高海拔多年冻土带的划分

多年冻土南界以南,受海拔高度制约而形成的多年冻土,称为高海拔多年冻土,而南界以北的多年冻土则叫做高纬度多年冻土。我国是一个多高山高原的国家,高海拔多年冻土分布面积达173.2万平方公里,居世界之最,占全国多年冻土面积的80.6％,为北半球高海拔多年冻土面积的74.5％。因此,对我国高海拔多年冻土的研究有着十分重要的意义。     

中国大陆多年冻土线空间分布基本特征

本文主要根据多年冻土与气候参数的相关关系,结合现代多年冻土分布,依据我国104个气候台站的气象数据,计算出年平均温度、年较差和多年冻土线理论海拔高度,研究我国多年冻土线空间分布特征。中国大陆多年冻土线高程明显受高度地带性和纬度地带性控制,自北向南海拔高度逐渐增大。东部地区的多年冻土线高程从东北的<1200m,至海口附近增到5700m;西北地区的多年冻土高程从阿尔泰山的2600m,至昆仑山增至4500m左右,要比东部同纬度的冻土线高出1400~800m;青藏高原的多年冻土线高程基本上稳定在4500~5000m.在此基础上,进而探讨了中国现代气候多年冻土线与气候雪线之间的关系。      

青藏公路沿线冻土区域分布计算机模拟与制图

通过对青藏公路沿线实测年平均地温多元回归统计,建立了年平均地温与海拔、纬度的关系模型。利用多年冻土分布下界的统计方程和关系模型及其于格网的地理信息分析系统,对青藏公路沿线多年冻土下界分和多年冻土地温带分布进行计算机模拟,结果表明,所建立的模拟模型能够反应青藏公路沿线多年冻土的区域分布特征,模拟结果基本上反映多年冻土分布状况。     

青藏高原末次盛冰期和全新世大暖期多年冻土边界变化的探讨

位于中低纬的青藏高原多年冻土是第四纪高原隆升和冰期气候叠加的产物,与高纬多年冻土相比,具有厚度薄和不稳定的特点,对全球变化反应敏感.因此,评价冰期-间冰期多年冻土扩张-收缩过程和其范围重建,是研究高原环境变化的重要工作.本文依据青藏高原及周边地区温度数据和《中国冰川冻土沙漠图》,对青藏高原现代大片多年冻土、岛状多年冻土和高山多年冻土分布进行恢复.依据来自冰川、冰缘和湖泊等证据,采用末次盛冰期气温较现代低7℃,全新世大暖期气温较现代高4℃,进行末次盛冰期和全新世大暖期多年冻土分布重建.重建结果表明:末次盛冰期多年冻土扩张明显,面积约为现代冻土面积的195％;末次盛冰期大片多年冻土几乎覆盖整个高原,岛状多年冻土向东扩张明显,向西范围逐渐收缩变窄,高山多年冻土在喜马拉雅山、祁连山和横断山脉等地区扩张明显.全新世大暖期多年冻土明显收缩,面积是现代多年冻土的73％;大片多年冻土收缩幅度较小,岛状多年冻土在高原东南部收缩明显,高山多年冻土在喜马拉雅山脉、祁连山脉、横断山脉等高海拔山地发育.     

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.     

国外高山多年冻土研究概况

近年来,在区域冻土学研究领域中,除了以极地为中心的高纬度多年冻土、海底冻土和古冻土方面有了许多进展之外,有关高山多年冻土的研究引起了国内外许多学者的广泛兴趣,学术活动日趋频繁。1972、1974年藤井理行和埃佛斯(Ives)相继明确提出了高山多年冻土的概念。1976年苏联多年冻土研究所A.P.戈尔布诺夫(Gorbunov)在高加索召开的国际地理学会高海拔地区生态学讨论会上提出了高山多年冻土的分类,并于     

祁连山中东部的冻土特征(Ⅰ):多年冻土分布

祁连山地区地势高耸,气候严寒,冰缘现象广布,各类冰缘现象受地形与水分条件的控制,分布具有明显的规律性.祁连山多年冻土属青藏冻土区,阿尔金山-祁连山亚区,分布在海拔3400 m以上的高山、谷地、盆地中.多年冻土分布具有明显的高度地带性,随高度增加,冻土分布呈现出季节冻土-岛状冻土-连续冻土更替,同时,多年冻土下界高程与经度明显相关,自西向东表现出下降趋势,下降率约为每经度150 m,这一变化与降水在东西方向的变化有关.山区微气候因素复杂多变,也造成了冻土分布的复杂性,局地因素对冻土分布影响显著,对比分析了坡向,植被与水分、岩性,季节性积雪等诸因素对多年冻土分布的影响.     

略论我国西部高山高原区的冻土工程地质勘探问题

现有资料说明,我国西部高山高原区多年冻土的分布具有明显的垂直分带性,而其它各种地方性的地理-地质因素,对冻土的分布也有着重大的影响。我国西部高山高原地区多年冻土的分布情况相当复杂:多年冻土的分布下界是弯曲的;在一个很小的范围内,就可以遇到各种类型的冻土,其稳定性、冷生组构、含冰量和物理力学性质都有很大的差异;在不同的冻土区内,可以出现各种类型的融区,也可以出现种类繁多的冻土现象。有时,一沟之隔,冻土下界的高程可以相差几百米,並且,在几十米的范围内,冻土特征就有很大的变化,     

基于地理探测器的青藏高原多年冻土分布影响因子分析

多年冻土的分布会受到局地地质、地形地貌和地表覆被等因素的影响。为探究各因子对多年冻土分布的影响强弱,选择青藏高原五个典型多年冻土区为研究区,基于MODIS和SRTM DEM数据提取研究区内2003—2012年平均地表温度、NDVI、地表反照率、积雪日数和坡度、坡向等因子,并采用地理探测器模型研究了各因子对研究区多年冻土分布的影响程度及差异。结果表明：在所有研究区内,地表温度是影响多年冻土分布最强的因子,其次为积雪日数。随着空间尺度范围的增大,坡度和坡向对多年冻土分布的影响逐渐减弱,地表温度的影响则逐渐增强。交互探测结果显示两个因子交互作用对多年冻土分布的影响程度都要大于单因子作用下的影响程度。本研究明确了青藏高原多年冻土分布的区域差异规律,为不同尺度多年冻土分布制图提供理论基础。     

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。     

青藏高原腹地各拉丹冬南北坡多年冻土考察初步结果

青藏高原唐古拉山南北两侧在地形地貌、地理和气候特征上存在显著差异,多年冻土的发育状况和特征也明显不同。受第二次青藏高原综合科学考察研究等项目资助,多年冻土对亚洲水塔的影响专题考察分队分别于2019年和2020年的10—11月对唐古拉山各拉丹冬南侧的色林错上游扎加藏布源区（简称“湖源区”）和北侧的长江上游沱沱河源区（简称“江源区”）进行了多年冻土野外考察。利用钻探、坑探、地球物理勘探等方法对多年冻土的分布边界、多年冻土剖面的地层、地下冰等特征进行了描述和取样,同步构建了多年冻土温度和活动层水热观测网络,为多年冻土对亚洲水塔影响的机理分析、数值模拟以及情景预估提供数据保障。对野外调查资料的初步分析认为,各拉丹冬南北两坡地层沉积类型和地下冰赋存状态存在明显差异,北坡多年冻土的热稳定性、地下冰含量、冰缘地貌类型多样性均高于南坡,但由于受到构造地热、河流融区等多种因素的影响,北坡的冻土分布形式更为复杂。江源区100 m钻孔剖面揭示了连续分布的、厚度大于50 m的地下冰;在该区域发现了多年生冻胀丘分布群,并利用钻探和地球物理勘探方法对该区域规模最大、结构最完整的冰核型冻胀丘进行了较为系统的勘察剖析。两次野外调查工作共采集钻孔岩心、表层土壤、冰水等各类样本近1.2万件,为后期区域冻土理化指标分析,冻土环境化学、古气候环境研究的开展奠定基础。     

Permafrost and taliks and their changes on the south and north banks of the Tuotuo River in the Qinghai-Tibet Plateau under the climate warming北大核心CSCD

The distribution of permafrost and taliks is very complex in the Tuotuo River Basin(TRB), which is located in interior of the Qinghai-Tibet Plateau. Characterizing the spatial distribution and the thermal stability of permafrost and taliks is of great significance to community activities and engineering construction in TRB. Based on the zonation of permafrost and talik distribution around TRB conducted in the 1980s, the soil temperature and its variation process of permafrost and taliks in the south and north banks of the Tuotuo River were analyzed by using the observation data of five boreholes(N1~N5)along the Qinghai-Tibet Railway in the north bank and five boreholes(S1~S5)on the first terrace in the south bank. The results showed that, under the climate warming, permafrost and taliks in the north banks experienced significant degradation and warming process. From 2005 to 2020, the permafrost at the N1 borehole has undergone a significant down-draw degradation process, from extremely unstable and high-temperature permafrost to thawed zone. From 2005 to 2013, the annual average ground temperature of the talik at N2 increased at a rate of 0. 3~0. 4 °C·(10a)-1. At Maqutang on the south bank, permafrost prevails from the first-class terrace to the gentle slope of the Kaixinling Mountain, with both through and non-through taliks on the first-class terrace. The spatial distribution and the thermal stability of permafrost and talik in the TRB are further promoted by analyzing the changes in temperatures at boreholes in the basin. However, to meet the requirements of mapping and engineering construction of permafrost and taliks in the TRB, it is still necessary to carry out geological investigation with multiple methods and in-depth research on development mechanism of taliks in the future. © 2022 Nanjing Forestry University. All rights reserved.     

Review: Progress in permafrost hydrogeology in China

Groundwater in China’s permafrost region is vital for humans and cold-climate ecosystems. Permafrost responses to global warming have significantly changed the spatio-temporal patterns and distribution of properties associated with the groundwater system. The main areas of current and past studies on permafrost hydrogeology in China include four aspects: groundwater distribution and dynamics in permafrost regions, interplay between groundwater and permafrost, the impact of permafrost degradation on groundwater, and the regional effect of groundwater changes on the environment in permafrost regions. Over the last 10 years, the development and use of coupled heat-transport and groundwater models have focused on the hydrogeology of permafrost, and on groundwater development and distribution in permafrost regions. Progress in groundwater-related research on issues surrounding permafrost regions of China are comprehensively summarized and discussed in this review paper, which should provide a theoretical basis for further study of the groundwater system and its effects on the ecological environment under climate change.     

青藏高原多年冻土和季节性冻土区土壤水分变化及其与降水的关系

使用地面观测数据对欧洲空间局(ESA)发布的气候变化倡议(CCI)土壤水分产品进行精度校准,结合青藏高原及其周边降水气象站数据,分析土壤水分动态变化及其与降水的关系。结果表明:(1)校正后的CCI主被动组合产品所反演的青藏高原土壤水分获得了更高的精度,且显示1986~2016年暖季土壤水分在多年冻土区的逐年变化更为稳定。(2)高原土壤水分空间分布与降水分布高度一致,降水是该地区土壤水分的重要调节因子。多年冻土区暖季土壤水分与降水的相关性较低,而季节性冻土区较高,原因是多年冻土的存在可能有利于维持土壤水分的稳定性。多年冻土对于土壤水分有着重要的调节作用,气候变暖所导致的多年冻土退化,会降低土壤水分的调节能力,进而影响到青藏高原生态系统和水文循环。     

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%。     

冻结层上水的分布及工程影响研究现状与展望

作为一种多年冻土区的特殊水文地质现象,冻结层上水（或多年冻土层上水）的分布受局地因素的控制,且随活动层的季节性冻融而变化,影响地表水和地下水循环以及多年冻土环境中的水热平衡。多年冻土将冻结层上水限制在一个狭窄的空间内,在暖季冻结层上水侧向和竖向的渗流传热将加剧多年冻土的退化,也会对上覆工程构筑物的稳定运营造成极大威胁。目前关于冻结层上水的研究主要集中在分布特征、变化规律、流量计算、渗流模拟、水热耦合等方面。研究发现：在全球升温背景下,多年冻土退化速率加剧,随着冻土厚度变薄和融区出现,冻结层上水的流量及其与地下水的交换量均发生变化,除了影响局地水文特征外,还与工程病害密切相关,如坡脚积水、路基沉降以及路面裂缝等。以区域分布特征为出发点,对冻结层上水的研究现状进行了归纳和总结,并对其工程影响有关的渗流传热理论研究成果进行了梳理,对今后需要进行深入研究的方向进行了展望。这有助于全面理解冻结层上水在冻土区水文过程中的功能,为相关研究提供了进一步的理论参考。     

青藏铁路旱桥桥面遮阳对桥下及周边冻土太阳辐射影响

通过分析太阳辐射强度和旱桥桥面影子轨迹随时间的变化规律,建立时间、太阳辐射强度、太阳位置和影子轨迹关系的数学模型,并利用该模型对旱桥桥面遮阳效应进行研究。提出直射率概念表示周边冻土获得的太阳直接辐射能量的比例。研究发现旱桥的高度、走向、桥面宽度等因素对桥下及周边范围冻土的太阳直射率影响很大。随着旱桥高度的增加,桥面遮阳影响范围增大,遮阳中心直射率增大;随着旱桥宽度的增加,桥下及周边冻土的直射率降低;东西走向的旱桥桥下及周边冻土表面直射率非对称性最为明显。旱桥桥面的遮阳可以有效减少桥下及周边冻土的太阳辐射热量,同时也会引起桩基周边冻土表面非均匀太阳辐射受热,这种太阳辐射的非均匀性不可忽视,在旱桥长期稳定性分析中应予以考虑。