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.     

第六届国际多年冻土会议将于今年7月5—9日在北京举行

由国际多年冻土协会下挂的中国冰川冻土学会主办、中国科学院兰州冰川冻土研究所和冻土工程国家重点实验室共同组织的第六届国际多年冻土会议,将于1993年7月5—9日在我国北京国际交流中心举行。 会议将以论文宣读、专题讨论和论文展示的形式开展。宣读论文是会议的主要方式,大会将设立三个分会场,同时宣读普通冻土学;冻土物理学、化学、力学和冻胀;多年冻土工程等三个研究领域的最新科技成果。对“全球气候变化和多年冻土发展”、“高山多年冻土和冰缘过程”及“寒区线形构筑物     

正在变暖的地球上的多年冻土——2008年第九届国际冻土大会(NICOP)综述

以 "正在变暖的地球上的多年冻土" 为主题的第九届国际冻土大会(NICOP)于2008年6月29日至7月4日在美国阿拉斯加州Fairbanks市举行. 此次会议的议题包括冻土环境与全球气候变化研究、寒区岩土工程研究、冻土分布以及温度状态研究、地下冰、冰缘过程、石冰川以及南极冰缘过程研究、多年冻土地区的温室气体、碳平衡及水合物研究、多年冻土区冷生土壤学研究、新技术、新方法、新领域的探索研究和冻土研究的历史和国际极地年回顾8个方面. 简要介绍了此次大会所涉及的冻土研究的最新进展.     

214国道沿线的多年冻土及其工程地质条件评价

214国道位于青藏高原的东缘,1985-2012年期间的冻土勘察和地温监测资料表明,在河卡山至清水河439 km范围内的高山、滩地和沼泽化草甸地区分布着不连续和岛状多年冻土,公路实际穿越的多年冻土段累计里程约232.4 km,沿线绝大部分路段的地温高于-1.5℃,含冰量、冻土上限等多年冻土特征指标随地形、地貌变化剧烈. 在分析上述资料的基础上,从冻土热稳定性和自然环境两个因素入手,采用突变级数法建立了多年冻土工程地质条件评价模型并对214国道多年冻土工程地质条件进行了定量评价. 结果表明：214国道沿线冻土热稳定性普遍较差,自然环境多处于一般状态. 除局部少冰、多冰冻土路段以外,沿线多年冻土工程地质条件总体处于较差或恶劣状态. 与214国道病害调查资料进行比较后发现,路基病害一般发生在工程地质条件差的路段. 这表明该评价结果比较准确的反映了沿线的多年冻土工程地质条件,对于现有214国道和新建共和-玉树高速公路的运营和维护具有重要的指导意义.     

中国东北大兴安岭多年冻土与寒区环境考察和研究进展

由于东北地区最近150 a来的显著气候变暖和清朝开禁政策以来强烈的人为活动影响,东北地区冻土和寒区环境已经产生了显著变化.由于社会经济活动日益增多和许多重大工程建设需要,及其寒区水文、生态环境的显著、急速恶化,继20世纪50-60年代大规模经济开发时的冻土研究高潮之后,东北地区冻土和寒区环境问题再次成为国人关注的重要问题.为研究中国-俄罗斯原油管道工程(漠河-大庆段)的气候变化与冻土退化对管道工程地基基础长期稳定性的影响问题,中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室在2007年7-8月组织了"大兴安岭多年冻土与环境"科学考察,考察的主要区域涉及大兴安岭西坡从漠河(不连续多年冻土区)至阿尔山(多年冻土南界和下界附近)以及东坡从漠河、大杨树(零星岛状多年冻土区)至嫩江平原北部大庆附近(季节冻土区).考察中发现多处重要古冻土遗迹和重新研究了乌玛和伊图里河不活动冰楔群,取得了大量第一手资料,以研究第四纪,特别是全新世以来,多年冻土和寒区环境演化和变化.考察过程中,对大兴安岭(漠河-黄岗梁)和长白山的针叶林优势种(兴安松和章子松)树木年轮进行了系统采样,以详细研究小冰期晚期以来的气候和环境变化.考察结果表明: 最近50 a来,受显著气候变暖和强烈人类活动影响,东北多年冻土已经产生显著退化,南界有较大幅度(40～120 km)北移.根据最新预测表明,在未来50～100 a气候变暖情景下,多年冻土将继续退化,但面积上的变化将较慢.这可能归结于东北地区较好的地表覆被条件和丰富的地下冰、雪盖减少,以及可能显著增强的西伯利亚-蒙古冷高压在冬季形成的强大、稳定和广泛的大气逆温层结对兴安-贝加尔型冻土的控制作用.     

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.     

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,     

青藏高原多年冻土顶板温度和温度位移预报模型的应用

温度位移和多年冻土顶板温度是活动层研究和冻土环境研究中重要的能量指标. 主要讨论国外普遍采用的温度位移和多年冻土顶板温度近似模型的适用性, 并在青藏公路沿线8个冻土地温监测断面中应用模型进行计算. 结果表明温度位移和多年冻土顶板温度近似模型能够被用于预报低温多年冻土(年平均地温低于-1.5 ℃), 对于高温多年冻土(年平均地温高于-1.5 ℃)该模型不适用.     

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。     

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.     

中国冻土对气候变化的脆弱性

冻土的脆弱性是指冻土对气候变化的脆弱性,是冻土易受气候变化,尤其是温度变化不利影响的程度. 研究冻土对气候变化的脆弱性是提高对自然生态系统、工程系统、生态-社会-经济系统对冻土变化影响的脆弱性的认知,科学适应冻土变化诸种影响的前提和基础. 基于科学性与实际相结合的原则、全面性与主导性原则、可操作性原则,以暴露度、敏感性与适应能力为标准,遴选构建了我国冻土脆弱性评价指标体系. 借助RS与GIS技术平台,使用空间主成分方法,构建了冻土脆弱性指数模型,在区域尺度上综合评价了冻土的脆弱性. 依据自然分类法,将冻土脆弱性分为潜在脆弱、轻度脆弱、中度脆弱、强度脆弱与极强度脆弱5级. 结果表明：总体上我国冻土以中度脆弱为主,但青藏高原多年冻土对气候变化尤为脆弱;冻土脆弱性具有显著的地域分布特点,青藏高原、西部高山、东北多年冻土区脆弱性相对较高,季节冻土区相对较低. 与季节冻土相比,多年冻土对气候变化更脆弱. 在当前升温幅度条件下,冻土脆弱程度主要取决于冻土的地形暴露与冻土对气候变化的适应能力.     

青藏铁路普通路基下部冻土变化分析

高温高含冰量冻土地区,青藏铁路采取了冷却路基、降低多年冻土温度的工程措施.然而青藏铁路仍有大量路段未采用任何工程措施,因此修筑普通路基后冻土变化也是普遍关心的问题.根据青藏铁路普通路基下部土体温度监测的近期结果,分析了季节冻土区、已退化多年冻土区和多年冻土区路基下部冻土变化特征.结果表明,不同区域修筑普通路基,其下部土体温度、最大季节冻结深度、多年冻土上限等存在较大的差异.在季节冻土和已退化多年冻土区,右路肩下部(阴坡)已形成冻土隔年层;在多年冻土强烈退化区,其路基下部形成融化夹层;在高温多年冻土区,其路基下部上限存在抬升和下降,上限附近土体温度有升高的趋势.在低温多年冻土区,其路基下部上限全部抬升,上限附近土体存在"冷量"积累,有利于路基下部多年冻土热稳定性.因此,低温多年冻土区修筑普通路基后,冻土变化基本是向着有利于路基稳定性的方向发展,在其它地段修筑普通路基,冻土变化是向着不利于路基稳定性的方向发展的.特别是阴阳坡太阳辐射差异,导致了土体热状态和多年冻土上限形态产生较大的差异,这种差异将会对路基稳定性产生一定的影响.     

中国多年冻土制图:进展、挑战与机遇

多年冻土制图是冻土学的基础研究方向之一。通过总结我国多年冻土制图的发展历程,讨论了多年冻土分类系统和多年冻土(区)面积,并从经验模型、物理模型、统计学习3个方面探讨了我国多年冻土制图方法的研究进展。根据制图手段、数据可用性、模型和方法的不同,将我国多年冻土制图分为3个发展阶段:起步阶段(20世纪60～80年代)、遥感和GIS初步应用阶段(20世纪90年代至2010年)和多源观测与综合模型融合阶段(2010年至今)。不同阶段对多年冻土面积的认识有较大差别,随着制图空间分辨率与精度的提高,新的冻土图更接近代表真实的多年冻土面积。在制图方法方面,经验模型与物理模型的发展贯穿3个阶段,经验模型与遥感的结合是目前中国多年冻土制图的主要方法;冻土物理模型发展迅速,通过与其他模型的耦合,特别是与分布式水文模型的耦合,为模拟冻土变化的生态水文效应提供了重要工具;随着地面与遥感观测数据的积累,统计学习方法表现出较大潜力。地球观测系统的发展为冻土监测提供了前所未有的机遇。地面调查的优化、数据积累与开放共享、冻土遥感方法的进一步发展、深化多年冻土深层过程的理解与物理模型的进一步改进及其与观测的融合等,都将有助于突破中国多年冻土制图面临的挑战,促进对中国多年冻土过去、现在和未来变化的认识。     

多年冻土地区机场跑道修筑技术现状

我国分布有大面积的多年冻土, 根据我国机场建设的中长期规划, 未来将在多年冻土区修建大量机场, 这些机场的修建将不能避免多年冻土问题. 国内关于冻土区机场跑道修筑的经验非常有限, 国外则开始的较早, 并积累了一些经验. 总结分析国内外多年冻土区机场跑道修筑技术的现状, 其跑道类型主要有: 基岩跑道、开挖换填法修筑的跑道、铺设隔热层的跑道、安装热管的跑道, 共4类. 由于我国多年冻土区的特殊性, 国外的跑道修筑经验只能在一定程度上参考. 由于飞机跑道不同于铁(公)路的特殊性, 近年国内在冻土区铁(公)路的修建过程中采用的稳定冻土地基的工程措施如何应用到机场跑道的建设上, 仍需进一步研究、验证和实践. 将来在我国多年冻土区修建机场跑道, 应结合国外已有的技术和经验, 并以我国在多年冻土区线性工程中已取得的经验作为基础, 进一步研究我国多年冻土区机场跑道修筑的关键技术.     

青藏铁路多年冻土工程的研究与实践

青藏铁路建设需穿越高原多年冻土区, 在探明沿线多年冻土分布特征的基础上, 合理确定了青藏铁路线路的走向方案.在多年的冻土研究和工程实践的指导下, 有针对性地开展了 5 个不同类型冻土工程试验研究, 取得重要科研成果, 指导设计和施工.全面总结4 a来青藏铁路多年冻土工程的研究与实践, 提出了“主动降温, 冷却地基, 保护冻土”的设计思想, 制定了路基、桥涵、隧道成套工程技术措施和先进施工工艺, 对确保多年冻土工程质量发挥了重要作用.     

青藏高原冻土地区岩土工程研究进展与思考

我国青藏高原地区 ,广泛分布着性质极为特殊的多年冻土。近年来 ,随着国民经济建设、旅游业以及国防建设的发展 ,交通运输需求量的加大 ,许多工程建筑修筑于冻土地基之上。这不仅带来许多复杂的工程地质与岩土工程问题 ,同时也促进了冻土的开发和利用。主要总结了目前冻土在力学特性、地基处理以及环境变化等诸多方面的研究成果 ,指出了冻土研究的应用前景 ,对我国多年冻土地区工程的建设 ,尤其对青藏铁路建设具有积极的指导意义     

瞬变电磁法(TEM)在多年冻土区的应用研究

多年冻土的上下限是在多年冻土区从事冻土研究、工程设计施工、气候水文生态模式等方面非常重要的参数,它可以通过破坏环境的有损方法(坑探和钻孔)或无损的物探方法来获取.结合少量的坑探和钻孔资料,应用瞬变电磁法(TEM)对青海省兴海县温泉地区多年冻土进行探测.基本查清了本地区多年冻土分布特征、上下限深度和多年冻土层的厚度,获取...     

青海高原冻土退化的若干事实揭示

利用地理信息系统技术和数理统计学方法,分析了青海高原冻土分布的时空演变规律,揭示了其退化的若干事实.研究表明:季节冻土和多年冻土在青海高原分布十分广泛;季节冻土具有显著的年内变化特征,冻土的融化过程通常较冻结过程复杂的多,且与地形因子和土壤特性等具有密切的关系.近几十年来,冻土表现为地温显著升高、冻结持续日数缩短、最大冻土深度减小和多年冻土面积萎缩、季节冻土面积增大以及冻土下界上升等总体退化的趋势.     

“Glossary of Permafrost and Related Ground—Ice Terms”

1982年10月,加拿大全国研究协会土工研究委员会多年冻土分会决定,在由已故的R.J.EBrown和W.O.Kupsch和编的1974年出版的“多年冻土名词术语”(Permafrost Terminology)的基础上重新编制一本与多所冻土和地下冰有关的术语。翌年,该分会建立了一个专门的工作组来从事这项工作。经过三年的努力,该书于1986年正式出版。     

青藏公路沿线多年冻土图

由中国科学院兰州冰川冻土研究所冻土室编制的1/60万青藏公路沿线多年冻土图,初稿打样已于1980年5月完成。 该图汇总了我所冻土室对该线多年冻土近二十年(1960～1979)的研究成果和大量实际资料,並参阅和利用了第一铁路设计院、青海省地质局第一水文地质队,以及其它兄弟单位的有关资料。