青藏高原中、东部局地因素对地温的双重影响（I）：植被和雪盖

青藏高原冻土区地温既受海拔、纬度和经度（干燥度）区域地带性规律控制,同时它又受植被、雪盖、砂层、水被和地质构造等局地因素的显著影响。局地因素对地温的影响具有双重性：在不同域值条件下,它可增高或降低地温。地温随植被覆盖度减小而逐渐增高,但覆盖度减到0～20％时,地温反而降低。在青藏高原东部、南部和腹部的高山区,冷季降雪多,很多地段为稳定积雪区,雪盖厚,持续时间长,对浅层地温起保温作用;而高原腹部的高平原、河谷和盆地冷季降雪较少,雪盖薄,持续时间较短,一般保温作用微弱。当雪盖厚度超过20cm以后,保温作用即开始增强;在暖季因积雪存在时间短,雪盖薄,短期内对浅层地温起冷却作用。总之,每种局地因素迫使地温向相反方向转化阶段是一个区间值,为渐变过程。随时空尺度变化,局地因素的影响变化很大。有些地段,几种局地因素共同作用,加上活动构造和地形、地貌等的影响,使地温的时空分布和局地因素对其影响或控制变得错综复杂。因此,研究和预测地温特征和变化趋势,需要在监测植被和积雪作用的基础上进行参数选择、验证和优化。     

青藏高原中、东部局地因素对地温的双重影响（Ⅱ）：砂层和水被

青藏高原冻土区地温既受海拔、纬度和经度(干燥度)区域地带性规律控制, 同时它又受植被、雪盖、砂层、 水被和地质构造等局地因素的显著影响. 局地因素对地温的影响具有双重性: 在不同域值条件下, 它可增高或降低地温. 沙丘下和较厚(>10～20 cm)砂层覆盖下的地温较邻近天然无砂层地段高;而薄(<10～20 cm)砂层覆盖下的地温反而比天然无砂地段有降低的趋势. 在同一地貌单元内, 沼泽湿地处地温最低, 有利于多年冻土形成和保存;淡水湖塘和河流均能升高地温, 加大融化深度, 不同程度地形成融区. 但是, 盐湖由于其热传导水层结构, 有助于形成和保护湿寒土. 总之, 每种局地因素迫使地温向相反方向转化阶段是一个区间值, 为渐变过程. 随时空尺度变化, 局地因素的影响变化很大. 有些地段, 几种局地因素共同作用, 加上活动构造和地形地貌等的影响, 使地温的时空分布和局地因素对其影响或控制变得错综复杂. 因此, 研究和预测地温特征和变化趋势, 需要在监测砂层和水被影响的基础上进行参数选择、 验证和优化.     

祁连山东段宁张公路达坂山垭口段的冻土分布

据观测资料表明，达坂山地区是青海省境内降水最多的地区，公路垭口段降水量大、冷季降雪多、雪层较厚，稳定积雪时间长达１８０－２００天。雪盖的保温作用占主导地位，加之局部小气候影响，使区内多年冻土下界海拔比邻近地区高约２００ｍ，年平均地温偏高，多年冻土层较薄，而且处在极不稳定的状态下。     

祁连山东段宁张公路在坂山垭口段的冻土分布

据观测资料表明，达坂山地区是青海省境内降水最多的地区，公路垭口段降水量大，冷季降雪多，雪层较厚，稳定积雪时间长达１８０－２００天，雪盖的保温作用占主导地位，加之局部小气候影响，使区内多年冻土下界海拔比邻近地区高约２００Ｍ，年平均地温偏高，多年冻土层较薄，而且处在极不稳定的状态下。     

青藏高原多年冻土区植被盖度变化对活动层水热过程的影响

不同植被盖度变化下活动层水热过程是多年冻土区水能循环中一个重要的不确定因素.为了研究植被盖度变化对活动层水热过程的影响,在青藏高原多年冻土区,选择坡向、坡型和坡度趋于一致植被覆盖度分别为92%、65%、30%的坡面建立天然径流观测场,觎测多年冻土活动层中的地温和水分状况.结果表明:活动层开始冻结和消融时间随着植被盖度的减少不断提前,且冻结持续时间缩短;随着植被盖度减小,活动层地温水分变化速率增大,植被起到抑制土壤地温水分变化速率的作用;植被盖度对夏季融化过程和秋季冻结过程活动层地温和水分的影响明显大于冬季降温和春季升温过程,对融化过程的影响较冻结过程更明显.     

局地因素对青藏公路沿线多年冻土区地温影响分析

气候是多年冻土形成与变化的动力,局地因素则通过改变地表辐射、对流和传导过程对多年冻土产生影响,导致多年冻土发生空间分异.应用青藏公路沿线大量的观测资料分析了局地因素对多年冻土区地温所产生的影响.结果表明:地形地貌、植被、积雪、土壤性质及含水量等局地因素,对青藏公路沿线地区多年冻土的发育和多年冻土热状况有显著影响.局地因...     

长江源区典型流域积雪年变化及其与气温、降水的关系

对长江源区冬克玛底河流域2005年1月-2006年9月积雪空间分布特征、雪盖变化进行了分析,探讨了2005年暖季(5~9月)积雪覆盖与同期气温和降水量之间的关系.结果表明:积雪主要分布在河谷两侧的山坡、山顶、冰川前沿和冰川上,宽广平坦的河谷积雪很少;在暖季,流域降水多、气温较高,积雪主要分布在冰川区.作为一种特殊的下垫面,沼泽化草甸和冻土丘对积雪分布也有较大的影响.从两年的积雪覆盖率变化来看,在降雪少而气温低的1~4月积雪覆盖率变化剧烈;5月份降雪增多,但由于气温也在逐步回升,使得积雪覆盖率还是变化剧烈;10~11月降雪较多而且气温较低使得积雪覆盖率保持在80%以上的覆盖水平;6~8月因气温和地温较高,尽管降水多以固态形式降落,但在地面保留的时间极短,故积雪覆盖面积较小.在暖季(5~9月)降水对积雪覆盖的影响微弱,而温度是流域积雪覆盖变化的主要影响因素.     

青藏高原冬春积雪和季节冻土年际变化差异的成因分析

利用青藏高原上72个常规气象观测站的逐日积雪厚度、冻结深度、气温、降水和地表温度资料,分析了高原积雪和季节冻土年际变化差异的原因.结果表明:气温和地表温度对高原积雪和季节冻土都有重要的影响,而降水对积雪的影响很重要,但是对季节冻土的影响则比较小.高原积雪对季节冻土有较大的影响,在积雪达到一定厚度以后,积雪的保温作用会影响冻结深度的变化,积雪越厚,保温作用越强;积雪越浅,保温作用越弱,当积雪小于某一厚度时其主要起降温作用.积雪的保温作用可能是积雪与季节冻土年际变化差异的原因之一.     

青藏高原初春积雪的多尺度变化与北大西洋海温的关系

青藏高原冬、春季积雪变化影响东亚甚至全球春、夏季的环流及气候异常。利用中国西部环境与生态科学数据中心提供的中国雪深长时间序列数据集,美国大气海洋局提供的全球逐月扩展重建海表温度,以及欧洲中期天气预报中心提供的逐月再分析数据,对青藏高原初春（3、4月）积雪的多尺度变化与北大西洋海表温度的关系进行了研究。结果表明,初春青藏高原雪深异常与初春北大西洋关键区海温异常有显著的负相关关系。当初春关键区海温正（负）异常时,初春高原中部偏北腹地地区、东南部地区积雪深度减少（增加）;初春北大西洋关键区海温异常通过激发下游青藏高原上空大气波列以及波作用通量异常来影响高原局地区域的温度和垂直运动,从而影响降雪的产生和积雪的累积。该结果为青藏高原初春积雪的多尺度变化及其影响提供了依据。     

大兴安岭北部多年冻土监测进展

大兴安岭北部是我国多年冻土最为发育的地区之一, 多年冻土的存在和分布受植被、积雪等局地因素的影响十分显著, 形成了独特的兴安-贝加尔型多年冻土. 随着该区社会经济的发展, 多年冻土对寒区环境以及工程生产活动的影响越来越大. 近几年来逐步在大兴安岭北部建立了以多年冻土为主要研究对象的监测网络, 包括多年冻土地温监测网络、自动气象站、雪特性观测系统、活动层温度-水分观测系统以及地面融沉监测断面, 获得了一系列有意义的数据和成果. 做好大兴安岭北部多年冻土及其周围植被、气候及冻土灾害的监测具有重要的基础性和前瞻性科学价值.     

高寒冻土地区草甸草地生态系统的能量-水分平衡分析

为了揭示青藏高原高寒地区土壤冻融过程对地表植被大气三者之间能量水分循环的影响, 在青藏高原风火山左冒孔流域(长江源)开展了不同植被盖度条件下冻土活动层水热状态的野外观测(在30%、 60%、 90%的草甸盖度下观测分层土壤水分及温度)和相关试验. 选取考虑了积雪、植被覆盖及枯枝落叶层对土壤冻融影响的水热盐分耦合模型SHAW为动力学约束模型, 进行参数率定及其模拟计算. 结果表明: 青藏高原地气间的能量交换主要受冻土、植被生长和地表土壤含水量的影响, 并且呈明显的季节性变化;未退化高寒草甸草地对青藏高原冻土具有明显的隔热保温作用, 可以降低冻土对气候变化的响应. 在土壤活动层冻结过程期间, 土壤水分具有向表层和深层两向分流汇聚的特征, 植被覆盖变化对水分运移通量有明显影响.     

影响青藏高原降雪的若干因子研究

青藏高原降雪与我国东部平原不同,月降雪日数峰值出现在高原大气环流的转换季节. 本文分析和讨论青藏高原降雪与积雪的地理分布特征、冬夏环流转换与降雪的关系以及影响高原降雪的若干因子.这些因子是:大气环流,伴有上升运动的低值系统与温湿条件,海拔高度与地形等.     

黄河源区植被对活动层温度和水分的影响

植被和活动层水热关系是青藏高原冻土生态环境的重要组成部分,对气候变化和工程活动积极响应,是目前全球变化研究的热点之一.为了解植被差异对活动层水热过程的影响,以场地监测和植被调查数据为基础,分析了黄河源区高温高海拔多年冻土区同一地貌单元内局地条件相似而植被差异显著的3个场地活动层温度和水分变化.初步结果表明:植被盖度较低时,活动层水分含量也低,且含水量高值区趋于中下部;植被盖度较高时,冷季地气温差和温度位移都减小,暖季地气温差增大;随着植被盖度增大,冻融开始和结束时间明显滞后,冻融持续时间延长.初步揭示了黄河源区地表植被对活动层水分和温度的影响过程,对研究和保护高寒生态环境稳定具有重要意义.      

基于SNTHERM雪热力模型的东北地区季节冻土温度模拟

冬季土壤温度在土壤肥力、植被安全越冬、土壤微生物活动中扮演着重要角色。雪盖的反照与隔热作用对冬季土壤温度变化及冻融过程具有一定影响,深入探究积雪覆盖对土壤温度的影响机制有十分重要的意义。雪热力模型（Snow Thermal Model,SNTHERM）是用来模拟和预测积雪演化和冻土温度的一维质能平衡模型。基于该模型,结合积雪下冻土温度的观测试验,通过模型模拟结果与实测数据的统计特征参数分析,进行了积雪覆盖下冻融土壤温度变化过程模拟的有效性和精度评价。结果表明,在积雪覆盖条件下,SNTHERM模型能够有效地模拟雪盖下浅层（5 cm、10 cm、15 cm深度）冻土日平均温度的变化过程,模拟值与观测值具有很好的一致性。通过改进模型中土壤层水分迁移等因素,能够提高冻土温度的模拟精度,为研究积雪各参数演化过程与下垫面温度的相互作用奠定理论基础,有助于提高积雪参量空间遥感的反演精度。     

北京平原区浅层地温场特征及其影响因素研究

本文在大量钻孔测温资料的基础上,系统分析了平原区浅层地温场分布特征,对影响浅层地温场的多种因素进行了系统研究。该区20～300 m深度内平均地温梯度为7.2℃/100 m,高于北京深部(基岩)地温梯度2.5~3.0℃/100m,大地热流值为66.35~84.14 mW/m2,较高的热流值显示岩石圈相对较薄且存在隐伏断裂。该区现今浅层地温场与深部地温场联系密切,形态分布与平原区重要隐伏活动断裂走向基本一致,主要受新构造运动控制,地下水、岩土体岩性及结构是浅层地温场分布的重要影响因素。     

基于数字摄影测量的雪盖制图方法探讨

受地形、 植被、 太阳辐射以及分吹雪等因素影响, 山区积雪时空分布差异性很大, 人工观测和卫星遥感手段很难获取高时空分辨率的雪盖信息. 2010年3-5月在祁连山葫芦沟一级小支流开展了相机摄影试验, 并应用摄影测量技术将野外拍摄影像转化为正射积雪空间分布图像, 以此获取小流域高时空分辨率的积雪分布信息. 结果表明: 20次摄影测量后方交会解得到的摄影中心与实测摄影中心误差ΔX 分布在-9.27~25.51 m之间, 而ΔY分布在-33.53~18.2 m, ΔZ区于-3.33~9 m之间. 单张积雪制图误差分析表明, ΔX 分布在-9.27~25.51 m之间, 而ΔY分布在-33.53~18.2 m, ΔZ区于-3.33~9 m之间, 边缘处积雪制图误差大于中心位置. 进一步分析表明, 高程数据精度、 摄影距离和摄影倾角等因素影响数字摄影测量雪盖制图的精度. 随着地形数据精度的提高, 正射积雪制图的精度有很大的提升空间, 相机摄影测量也将成为小流域尺度、 坡面尺度雪盖信息获取的有效手段之一.     

青藏高原多年冻土活动层土壤水分对高寒草甸覆盖变化的响应

对青藏高原高寒草甸30%、60%和93%三种覆盖度下,多年冻土活动层的土壤水分随季节变化的观测研究,结果表明:多年冻土活动层土壤水分分布对植被覆盖变化响应强烈.年内不同时期,植被覆盖度为65%和30%的土壤表层20cm深度内水分含量及分布相似,每次降水后30%覆盖度土壤水分的变率略大于65%覆盖度的;而93%覆盖度土壤水分在年内解冻开始到冻结前均小于前两种覆盖类型;植被覆盖度越小,土壤冻结和融化响应时间越早,响应历时也越短;浅层土壤冻结和融化对植被覆盖度的响应程度较强,接近深层土壤冻结和融化对植被覆盖度的响应程度降低.覆盖度为30%和65%土壤水分在整个冻结过程的减少幅度比93%覆盖度土壤大10%～26%,而融化期水分增加幅度更大为1.5%～80%;土壤冻融的相变水量对植被覆盖度变化响应明显,植被覆盖度降低,土壤冻结和融化相变水量增大.由于受植被蒸腾与地表蒸散发和土壤温度梯度的影响,融化期土壤剖面的水分重新分配,总体上呈现水分向剖面上部和底部迁移,剖面中部60～80cm深度左右的土壤出现"干层".     

青藏高原植被动态与环境因子相互关系的研究现状与展望

青藏高原是中国乃至全球对气候变化最敏感的地区之一,是全球平均海拔最高的地理单元,对周边地区起到重要的生态安全屏障作用。近年来,当地植被受到气候变化和人类活动的双重压力。本文基于文献检索分析青藏高原的植被生理、生态特征对气候变化和人为干扰的响应,并利用荟萃分析定量综述植被覆盖度变化对土壤理化性质的影响。在此基础上分析青藏高原植被与环境因子相互关系的研究尺度与方法。结果表明:(1)气温、降水、辐射等自然因素和放牧、农耕、筑路等人为活动均对青藏高原植被的碳交换、水分利用效率、元素含量与分布格局、物候、多样性等指标产生显著影响,植被的变化也同时影响着土壤的水热交换、水文过程和理化性质等;(2)在植被退化过程中,由高覆盖度向中覆盖度转变时对土壤理化性质产生的不利影响强于由中覆盖度转为低覆盖度时,高覆盖度地区的植被保护需要引起更多关注;(3)现有研究更多关注单一要素、单一尺度,未来应关注多要素间的相互耦合,通过合作与共享获取数据,开展多尺度对比和尺度效应研究,系统梳理和分析植被与环境因子的相互关系可为制定科学合理的生态修复策略提供科学依据。     

青藏高原边缘积雪辐射特征

利用中国陆地生态系统通量观测研究网络的玛曲站观测的一次降雪过程的资料,对青藏高原东部边缘冬季的降雪、积雪过程的辐射特征进行了分析.研究结果表明;积雪期晴天和降雪过程的向上短波辐射的峰值分别约为降雪前晴天的3和2倍.无积雪晴天地表反射率主要分布在0.175～0.36,新雪地表反射率主要分布在0.8～0.9.大气逆辐射变化较小,降雪过程的最大,积雪时的最小.地表长波辐射则为降雪前最大,降雪时最小.积雪覆盖的晴天比无积雪时的净辐射变化幅度减小,且早上由负转正的时间推迟.     

保温处理措施在多年冻土区道路工程中的应用

阐述了保温处理措施保护多年冻土的原理, 认为保温材料下部地温年变幅的减小是保温处理措施保护多年冻土上限下降的主要效果. 青藏公路昆仑山越岭地段保温处理试验路段路基、路肩及天然地表下的地温观测资料证实, 保温处理处理措施并不能改变因修筑路基而引起的路基吸热趋势, 但是保温处理后浅层地温下降; 地温年变幅明显减小, 多年冻土上限比无保温处理路段高. 青藏铁路北麓河试验段保温处理试验路段半年的观测资料表明, 保温层上下面温度存在巨大差异, 充分体现了保温材料的热阻效应, 可望大幅度减小保温材料下部地温的年变幅, 起到保护或延缓多年冻土融化的效果.