冻土路基表面的融化指数与冻结指数

在冻土层之上筑路，由于会改变地-气界面的热物理特性，进而影响冻土层的热力→动力稳定性，故而修筑一定高度的路基成为保护冻土层所采取的一种常规措施．在修筑路基之后，与路基边坡的朝向有关的热效应是冻土路基工程保护措施必须考虑的问题．在数理分析与数值模拟分析的基础上，给出了可根据气温的年最大和最小月平均值计算路基表面的融化指数与冻结指数以及有关热状况参数的方法，并以青藏铁路北麓河段2002年为例进行了计算分析．实例分析表明，即便是没有修筑道路，北麓河地区的冻土也已经处于临界状态；路基相对的两个坡面，由于朝向不同会造成温度分布的强非均匀性，其中南和偏南方向与北和偏北方向的路基坡面热状况差异最大，有必要对路基相对的两个坡面采用不同的防护措施，一方面改善就地取土修筑路基对其下伏冻土层的直接不良影响，同时也尽可能减小路基表面温度分布的非均匀性，以避免纵向裂缝的发生。     

1850—2100年北极阿拉斯加地区最大河冰厚度时空变化特征

在极地放大效应的影响下,北极气温以较全球平均更快的速度变暖,从而导致了北极冰冻圈系统的剧烈变化。河冰是北极冰冻圈系统的重要组成部分,是气候变化的敏感指示器,同时影响当地的生态、水文和多年冻土等。本研究利用Stefan方程,使用实测河冰厚度数据、CMIP6历史实验数据和四个未来情景(SSP126、SSP245、SSP370和SSP585)的1850—2100年近地表日气温数据,建立了阿拉斯加地区1850—2100年最大河冰厚度,并分析其时空变化特征。研究表明：阿拉斯加地区多年平均最大河冰厚度呈现南薄北厚的特点;在东西方向上,1850—2000年的平均最大冰厚呈现东薄西厚的特点,但未来100年在东西方向上无显著差异(P<0.05)。1850—2100年阿拉斯加地区最大河冰厚度整体上呈显著下降趋势。其中,1850—2014年下降速率为(-0.72±0.25) cm·(10a)^-1(P<0.05);随着社会脆弱性的加剧和辐射强迫的增强,2015—2100年阿拉斯加地区河冰减薄的速度明显增大,在SSP126、SSP245、SSP370和SSP585情景下分别为(...     

我国北疆地区1961—2017年冻融指数的变化趋势

利用我国北疆地区49个主要气象站1961-2017年的逐日平均气温观测值计算了年冻融指数,并分析其变化趋势及分布特征。结果表明：北疆地区冻结指数出现明显的下降趋势,下降速率为51.6℃·d·（10a）^-1。冻结指数的范围在509~2 304.9℃·d之间,平均值为1 240℃·d。北疆地区融化指数出现明显上升趋势,上升速率为73.9℃·d·（10a）^-1。融化指数的范围在526.4~4 531.1℃·d之间,平均值为3 516℃·d。冻结指数表现出在经纬度和海拔较低的准噶尔盆地和伊宁地区较小,在海拔高的高山地区如阿尔泰山和天山山脉较大;融化指数与之相反。北疆地区冻结指数受经纬度及海拔的综合影响,融化指数则主要受海拔影响;年平均气温和冻融指数有非常强的线性关系。     

CMIP6模式对青藏高原多年冻土变化的分析预估

利用国际耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）多模式的模拟结果,对比观测和青藏高原冻土图评估各模式对当前（1985-2014年）青藏高原与冻土相关气候变量以及多年冻土的模拟能力,并应用多模式集合平均的方法预估了未来4个SSP情景下2021-2040年、2041-2060年、2081-2100年高原多年冻土的变化趋势。结果表明：CMIP6各模式都能够较好地模拟出与冻土相关气候变量的分布特征与趋势,但对于气温的模拟有着较为明显的冷偏差,对于积雪的模拟明显偏大;利用冻结数模型（SFI）计算的当前多年冻土分布与青藏高原冻土图有较好的吻合,1985-2014年的表面多年冻土面积约为134.52×10⁴km²（包含湖泊和冰川面积）;随着气温的升高,21世纪青藏高原多年冻土呈现区域退化的趋势,在SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下,青藏高原东部、南部以及北部边缘地区多年冻土呈现区域性退化,至2041-2060年间多年冻土面积分别减少13.81×10⁴ km²、19.51×1...     

吉林省季节冻土区年冻融指数的时空变化特征

利用1961 - 2015年吉林省46个气象站的气象数据, 采用气候诊断分析方法, 研究了吉林省季节冻土区年冻融指数的时空变化特征及其与经度、 纬度、 海拔的关系。结果表明： 吉林省冻结指数呈由北向南逐渐降低, 融化指数由西向东逐渐降低的趋势分布。1961 - 2015年冻结指数呈显著下降趋势, AFI（空气冻结指数）和SFI（地表冻结指数）气候倾向率分别为-48.7 ℃·d·（10a）^-1和-166.8 ℃·d·（10a）^-1。融化指数显著上升, ATI（空气融化指数）和STI（地表融化指数）分别以57.0 ℃·d·（10a）^-1和93.7 ℃·d·（10a）^-1的气候倾向率显著上升。SFI、 ATI和STI分别于2001年、 1994年和1997年发生了突变。20世纪60、 70年代冻结指数异常偏高, 融化指数异常偏低。吉林省年冻融指数的变化趋势在未来整体上依然延续下去, 即冻结指数为下降趋势, 融化指数为上升趋势。冻结指数受纬度影响最大, 随着纬度的升高而上升, 融化指数受海拔影响最大, 随着海拔的升高而显著下降。冻结指数气候倾向率随着海拔的升高而上升, 融化指数气候倾向率随着纬度的升高而上升。     

气候变暖背景下羌塘自然保护区年冻融指数的变化特征

利用1971~2019年羌塘自然保护区5个气象站逐日平均气温和地表温度,通过线性回归和Mann-Kendall等方法,分析气候变暖背景下近49a自然保护区大气和地面冻融指数的时空变化特征,并预估了RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下,未来80a（2021~2100年）大气和地面冻融指数的变化。结果表明:(1)自然保护区大气融化指数（ATI）、地面融化指数（GTI）总体上呈自西向东递减的分布,并随海拔升高而减少;大气冻结指数（AFI）和地面冻结指数（GFI）的分布规律不明显,但最大值均出现在安多站,最小值出现在不同站点。(2)近49a自然保护区AFI、GFI分别以?8.97℃·d·a?1、?10.45℃·d·a?1的速率显著减少,ATI、GTI则表现为显著增加趋势,增幅分别为7.05℃·d·a?1和11.38℃·d·a?1,地面冻融指数的变化率大于大气冻融指数的变化率。与青藏高原对比,自然保护区AFI、GFI减幅小,ATI增幅接近,GTI增幅大。(3) AFI、GFI在1970s~1990s为正距平,2000s~2010s为负距平,表现为逐年代递减的变化特征;而ATI、GTI相反,呈逐年代递增的变化特征。(4) AFI、ATI、GFI、GTI分别在2001年、1993年、1999年和1998年发生了突变,ATI突变时间最早,较AFI偏早8a。(5)自然保护区冻结指数FI减少,融化指数TI增加,与平均气温、平均最低气温显著升高、降水量增加、平均风速减小密切相关,还与积雪日数、最大积雪深度的减少有关。(6)未来80a,RCP4.5排放情景下自然保护区AFI、GFI分别将减少322.8℃·d、357.6℃·d,ATI、GTI依次增加262.2℃·d、419.7℃·d;RCP8.5排放情景下,冻融指数的变化率更大。      

估算冻结(融化)深度方法的比较及在中国地区的修正和应用

利用中国地区的冻土观测资料计算比较了常用冻土活动层深度估算的几种方法,并对影响估算的主要因子进行了讨论.结果表明:考虑了土壤水分变化、土壤水分相变潜热变化、积雪和植被效应的指数与实际观测值之间有较好的拟合;在采用分区插值方法对温度进行处理,并应用数字化高程、数字化植被和土壤数据的基础上,采用和观测值相关较高的Kudryavtsev指数计算、以ArcGIS为工具获取的中国地区冻土分布更为合理.     

内蒙古大兴安岭生态功能区冷暖季节气候变化趋势分析

利用内蒙古大兴安岭生态功能区8个站点近30a的日气温数据分析了该地区年冻融指数变化趋势。结果表明：该生态功能区融化指数呈显著上升趋势,冻结指数波动变化但不显著;年>0℃天数呈增加趋势,<0℃天数则减少,都未达到显著水平;暖季日平均融化指数显著上升,冷季日平均冻结指数也呈增加趋势,其中2站点达显著水平,表明该地区暖季越暖,冷季亦变冷,气候呈两极化趋势;>0℃生长季初日全部提前,其中62.5%的站点达到显著水平,多数站点生长季推后,但只有1个站点达到显著水平,表明生长季延长初日提前贡献较大。     

冻融模型相似性分析及试验验证

为提高冻融模型与原型的相似程度,提出冻结指数相似比和实验室修正系数的概念及计算方法。以哈尔滨地区黄土为试验材料,将该地区2010–2012年3年日平均气温进行线性简化,基于含相变热传导的微分方程基础上,采用相似理论,在几何、温度和时间比尺约束下对密度为1.60 g/cm3、含水率为20 %的试样进行冻融循环模型试验,确定实验室修正系数K值为1.13,得到冻结指数相似比CI为1:102.5。对冻融阶段温控历时进行优化,进行冻融循环模型试验。通过对比可知,优化后模型的最大冻深值为21.33 cm,与模型预定值20 cm相差仅6.5 %;优化后冻融模型弥补了太阳辐射对冻深的影响,一个冻融周期由108.14 h减少为84.53 h。以实验室修正系数K和冻结指数相似比CI优化冻融过程的各温控阶段历时合理,显著提高了冻融模型的最大冻深和冻融过程在几何比尺和时间比尺上的相似度。