致谢北大核心CSCD

2022年,在所有编委、审稿专家、作者和读者的支持与助力下,《冰川冻土》顺利完成了本年度出版任务。在大家的共同努力下,2022年4月期刊被Scopus数据库收录!这一年,共有455位审稿专家以自身在专业领域的深厚造诣、认真严谨的态度和无私奉献的精神来遴选优质稿件,保证了优秀科研成果的快速发表,为期刊高质量发展“保驾护航”。《冰川冻土》编委会和编辑部衷心感谢每一位审稿人对本刊作出的贡献!     

冻结土壤介电常数混合模型机理研究

介电常数是微波辐射传输理论所需的最重要、最基本的参数。通过研究平均温度低于-4℃,组分中含有冰的土壤——冻结土壤,建立了一种适用于微波波段冻结土壤的介电常数混合模型。该模型考虑了土壤温度、微波频率、土壤质地以及其中未冻水含量的影响。模型使用一点法计算未冻水含量,引入Stern双电层理论计算冻结土壤未冻水的介电常数,引入Maxwell-Garnett介电常数混合理论、介电常数容积混合理论构建冻结土壤介电常数混合模型。模型计算结果与实测资料进行了详细的对比分析,冻结土壤介电常数混合模型给出的介电常数实部、虚部的曲率与实验结果很好吻合,模型结果比较满意,对比分析证实了模型的可靠性。     

比表面积对土冻结特征曲线影响的试验研究EI北大核心CSCD

土冻结特征曲线受土颗粒比表面积的影响显著。目前关于冻结特征曲线与比表面积关系的研究一般以天然土为研究对象,无法完全排除干密度、总含水率等其他因素的干扰,所获得的试验结果较为离散。将青藏粉质黏土和膨润土以不同比例混合,人工配置具有不同比表面积的土样,对土样开展低温核磁共振测试和冻结温度试验,结果表明:与常见的3段式冻结特征曲线不同,混合土样的冻结特征曲线分为4段,即过冷段、快速下降段、缓慢下降段和稳定冻结段。随着比表面积增大,快速下降段中未冻水含量变化幅值减小,缓慢下降段中未冻水含量变化率增大,而稳定冻结段中最终未冻水含量增多;在冻结温度试验获得的温度-时间曲线中,恒温段持续时间随比表面积的增大而缩短,相应的冻结温度则降低;通过分析横向弛豫时间T_(2)分布曲线随温度变化的规律,发现比表面积大的土样结合水相对含量高,而结合水受土颗粒束缚作用强、冻结温度低,从而导致比表面积大的土样难以冻结。这是比表面积对冻结特征曲线产生影响的根本原因。     

A review of changes monitoring in the Antarctic ice shelves北大核心CSCD

冰架是南极冰盖物质损失的主要出口。南极冰架动态变化和物质平衡的研究对揭示南极地区的气候变化具有重要的参考价值。本文从表面融化、冰流速、前缘崩解、底部融化和物质平衡五个方面入手,对近些年来南极冰架变化监测的研究进展进行梳理和归纳总结,综述了它们的观测方法、观测结果、机制分析及当前面临的问题。极地观测卫星和现场观测网络的发展、冰架多维度综合分析及数值模拟研究的推进,将有助于进一步揭示冰架变化因子之间的耦合作用及其演变机制,为全球增温影响南极冰盖/冰架的物理机制研究及其变化预测提供重要依据。     

温度对颗粒膨润土热传导特性的影响EI北大核心CSCD

颗粒膨润土作为优良的接缝和间隙回填材料,在高放废物深地质处置库中具有较大的应用前景。以颗粒高庙子膨润土为研究对象,采用热探针法测试颗粒膨润土在不同条件下的热传导性能,探讨了温度、干密度和含水率等因素的影响。试验结果表明:相同含水率和干密度下,粉末膨润土压制样的热传导系数大于颗粒膨润土压制样;相同含水率下,随着干密度的增大,粉末压制样和颗粒压制样之间的热传导系数差异渐小。温度越高,含水率越大,干密度越小,颗粒压制样热传导系数的温度效应越显著。相同干密度下,粉末压制样内集聚体间大孔隙的孔径较颗粒压制样的孔径要小,更有利于热量在土中的传递,其热传导系数也就更大;随着干密度的增大,颗粒压制样内集聚体间孔隙减少,削弱了水汽潜热传输的影响,温度效应有所减弱。     

冻土强度特性及其主控因素综述北大核心CSCD

冻土强度是冻结法施工及冻土构筑物安全评估中的关键力学参数。然而,冻土强度特性十分复杂,受到环境温度、土体类型、含水量、应变速率等诸多因素的影响,目前还缺少统一的结论。鉴于此,文章对冻土强度的相关试验成果进行了全面回顾,并总结了各因素对冻土强度的影响规律及其作用机理。文献调研结果表明,冻土强度随温度的降低而增大,在工程常见温度范围内二者近似呈线性关系。温度降低所引起的冰强度增加和未冻水含量降低是冻土强度增大的主要原因;当温度低于一定阈值后(如-80℃),冻土强度达到最大值并不再变化。非饱和冻土的抗压强度随含水量的增加而增大,原因在于其饱冰度会随着含水量的增加而增加,使得土颗粒与冰晶体的黏结作用增强。对于饱和冻土,含水量的增加会导致冻土密实度降低,其强度随含水量的增加而降低。冻土抗拉强度与抗压强度具有较强的相关性,其压拉比随土体类型的不同存在较大差异,在3~12之间。整体来看,影响冻土强度的因素众多,目前的研究工作多基于单一影响因素,针对多种因素耦合作用、应变速率影响和抗拉强度的研究仍较少,相关工作有待进一步深入。     

降雨对多年冻土区浅层滑坡失稳的影响研究

近年来青藏高原多年冻土地区降雨量呈增大趋势,导致活动层沿多年冻土层滑脱,诱发的冻土浅层滑坡灾害严重影响区域生态环境和人类活动。冻土浅层滑坡失稳是渗流、温度和应力复杂耦合的过程,明确降雨条件下多年冻土斜坡水热力响应机制,揭示降雨诱发冻土浅层滑坡失稳的机理十分关键。基于冻土水热力耦合数值模拟方法,建立了仅施加气温变化的模型一和在气温变化基础上施加强度为9 mm·d^-1、持续降雨18 d的模型二,探讨了低强度、长时间降雨对多年冻土斜坡水热力演化的影响。结果表明：夏季雨水入渗对斜坡浅层温度场产生扰动,进而影响土体冻融过程,活动层以下有形成富水层的可能。雨水入渗导致融土饱和度大幅增加,水分渗流方向由竖直向下逐渐转变为顺坡方向。极限状态下斜坡位移分布在活动层,符合冻土浅层滑坡变形特征,降雨入渗数天后活动层位移有显著增大的趋势,最大位移所在位置向坡脚转移。降雨对斜坡稳定性影响显著,雨水入渗对活动层水热力产生持续影响,斜坡安全系数最小值出现明显滞后。研究结果为青藏地区冻土浅层滑坡灾害防治提供了科学指导。     

Research progress on methylmercury in the cryosphere北大核心CSCD

The cryosphere is one of the climate system component which plays an important role in the global biogeochemical mercury cycling. Anthropogenic mercury has been transported to remote cold and high regions worldwide through atmospheric circulation,and then transformed into methylmercury in the cryosphere. As one of the highly toxic environmental pollutants,methylmercury can be greatly bioaccumulated and biomagnified through the food web,which potentially poses threats to human and wildlife as well as the global cryospheric en⁃ vironments. In order to gain a full picture of research progress on methylmercury in the cryosphere,our study comprehensively summarized the concentration levels and analytical methods of methylmercury,and biogeo⁃ chemical processes such as the migration,transformation and fate of methylmercury in various cryospheric envi⁃ ronments including glacier,permafrost,snow ice and sea ice. We particularly made the literature review of mi⁃ crobial mercury methylation and evaluated the risk of methylmercury exposure to human and wildlife in the cryo⁃ sphere. Meanwhile,we focus on distribution,behavior,and environmental effects of methylmercury in the cryosphere against the backdrop of climate change,which is essential for assessing the exposure risk of methyl⁃ mercury to humans and wildlife. Perspectives of methylmercury researches in the cryosphere have also been highlighted in this review,though there is existing a knowledge gap of biogeochemical methylmercury cycling in the low temperature environments which merits further study. © 2023 The Author(s).     

谢自楚先生纪念专刊·编者按北大核心CSCD

我国著名冰川学家谢自楚先生辞世两年余,Sciences in Cold and Arid Regions曾组织谢先生英文纪念专刊,受到了学术界的重视和欢迎。为了表达对谢先生的深切缅怀,在《冰川冻土》主编和编委倡议下,再组织一期中文专刊(第44卷第3期),希望以此推动相关领域的学术交流和进步。谢自楚先生1937年出生于湖南衡南县,冰川学家、地理学家,国家有突出贡献专家,国际欧亚科学院院士。1960年毕业于苏联时期莫斯科国立大学地理系极地与冰川专业。     

2000-2020年格陵兰冰盖夏季表面温度变化及其对物质平衡的影响北大核心CSCD

基于MODIS温度产品,着重分析了2000-2020年格陵兰冰盖夏季表面温度和表面融化范围的年际变化趋势;联合IMBIE(冰盖物质平衡对比实验)数据分析表面温度对于冰盖物质平衡的影响;进一步讨论了大气环流对于格陵兰冰盖表面温度变化的影响。结果表明:格陵兰冰盖夏季表面温度和融化范围趋势较为一致,2000年初期呈现出显著的上升趋势,2012年达到峰值,随后波动下降;整个研究阶段北部区域是增温速率最大的区域,高于其他任何区域两倍,东南部和西南部是温度最高的区域却具有最小的增长率;格陵兰冰盖夏季表面温度、融化范围以及物质平衡之间都具有显著的相关性,同时格陵兰冰盖夏季表面温度每上升1℃,会导致其物质损失增加74.29Gt·a;最后,经过对北大西洋涛动(NAO)和格陵兰阻塞指数(GBI)指数的分析得到,格陵兰冰盖夏季表面温度受到GBI的影响要强于NAO的影响,冰盖夏季表面温度和NAO呈现出负相关(r=-0.64,P<0.05),和GBI呈现出正相关(r=0.77,P<0.05)。     

新疆巴音布鲁克区域干雪及风吹雪介电常数对温度和低频频率的响应

积雪是干旱半干旱区珍贵的可再生水资源,因此许多研究机构和人员将西北地区积雪特性的研究视为重点,然而对积雪介电常数的研究仍很少。积雪介电常数是建立积雪特性反演模型和雪水资源评估的基础,也是雪灾防灾减灾工作的辅助信息。为了研究不同雪层干雪和风吹雪介电常数与温度和频率之间的关系,使用I-V方法测量了巴音布鲁克区域干雪表、中、底层雪和风吹雪在1Hz~1MHz低频范围,-30~0℃温度区间内介电常数的实部和虚部。结果表明在1Hz~1MHz频率范围内干雪及风吹雪的介电常数与温度和频率有关;其中介电常数实部与虚部对温度和频率的响应相似,但虚部对温度的响应更加敏感;同时介电常数对温度的响应要比对频率的响应明显。最后得出了干雪表、中、底层雪和风吹雪介电常数实部与温度之间的线性关系,R²均大于0.85。     

LNAPL 污染土壤介电性质的实验研究——-以石英砂为例

为研究轻非水相液体污染土壤的介电性质,在实验室条件下,利用石英砂( 粒径0. 106 ～ 0. 212 mm) 、柴油和水的混合物模拟LNAPL 污染土壤,采用开口同轴探头法利用高频电磁波( 200 MHz ～ 3 GHz) 在污染土壤中的反射获得介电常数,并分析土壤中油水体积含量变化与相对介电常数的变化规律。实验结果表明: 非饱和状态下石英砂的相对介电常数随着体积含水量和含油量的增大而增大,达到饱和状态后体积含油量的增加对相对介电常的影响不明显; 被污染的非饱和状态的砂样在放置过程中,相对介电常数随着放置时间的延长呈现先增大最后趋于稳定的变化趋势。     

干密度和温度对冻结膨胀土单轴压缩特性影响的试验研究北大核心CSCD

膨胀土是一种特殊的黏土,具有明显的胀缩性和多裂隙性,在寒区渠道工程中极易诱发各种冻害。单轴压缩特性是冻土物理力学特性的重要分支,为研究冻结膨胀土的单轴压缩特性,开展了不同干密度和温度下冻结膨胀土单轴压缩试验。试验结果表明:随着干密度的增加,各温度工况下试样的应力-应变关系曲线均由弱应变软化转为应变硬化形态,且试验温度越高,曲线的软化特征越显著。不同温度工况下试样的破坏模式差异明显。当试验温度为-2℃时,试样破坏时其表面出现明显的局部坍塌与剥落,而-5℃、-10℃和-15℃工况下试样的最终破坏形态均为“鼓状”破坏,试样表面无明显的裂缝和剪切面。冻结膨胀土试样的单轴抗压强度随干密度的增加而线性增大,亦随温度的降低而增大,但在不同的温度区间内增幅不同,其变化幅度主要与试样内部含冰量密切相关。此外,试样的弹性模量随着干密度的增大和温度的降低均线性增大。     

考虑温度影响的冻土蠕变本构模型

冰作为冻土的基本组成部分,对冻土蠕变的加速蠕变阶段有重要影响。温度通过影响冻土中冰的冻结与融化过程,及其黏塑性流动,引起冻土结构的强化与弱化,从而成为了决定冻土蠕变力学行为的关键因素之一。同时,外部应力也造成冻土的强化与弱化,影响着冻土的蠕变。通过引入硬化因子与损伤因子来考虑温度、应力造成的冻土材料强化与弱化。硬化因子H代表了蠕变过程中强化效应的大小,而损伤因子D则代表了由弱化效应造成的冻土材料相关参数的折减比例,进而提出了适用于冻土的改进西原蠕变本构模型。该模型预测值与试验数据的比较表明：改进的模型不仅能较好地描述初始蠕变阶段、稳定蠕变阶段,而且相比于传统模型,能更好地描述冻土加速蠕变阶段,具有合理性与一定的实用性。     

基于辐射传输方程的低损耗介质微波介电常数反演

微波介电常数是分析和研究微波与介质之间相互作用的重要基础参数之一。笔者设计了一种针对低损耗介质微波介电常数的反演方法。引入并改进了辐射传输方程,将介质介电常数的实部和虚部与其微波亮温相关联。在温度均匀分布且表面光滑的条件下,利用改进的辐射传输方程,构造了低损耗介质微波介电常数的反演模型。基于模拟月壤物质,进行了反演模型的验证。结果表明,反演的介电常数的实部与北京师范大学提供的检测结果吻合良好,虚部与阿波罗14号月壤样品的平均测量值吻合良好。     

常剪应力路径下含气砂土的三轴试验

天然气水合物完全分解时,产生的气体使得能源土孔隙压力急速增加,有效应力减小,进而引起土体液化破坏。此时深海能源土斜坡的应力状态与静力液化失稳过程可简化为含气土在常剪应力排水(或不排水)应力路径下的破坏问题。以此为背景,提出了制备含气砂土试样的改进充气管法,并开展了含气砂土的常剪应力路径三轴试验。22组试验结果表明:同一孔隙比的含气密砂在不同围压与常剪应力下具有相同的失稳线;含气砂土试样失稳时的应力比和体变均随初始相对密实度的增大而增大;含气密砂在常剪应力路径下饱和度对失稳特征影响的规律性在排水与不排水条件下均不明显,但在不排水条件下含气砂土的孔压(或体变)对变形的敏感性降低;含气密砂在常剪应力路径到达失稳点之后,排水条件下是瞬变的液化鼓胀破坏,不排水条件下是渐变的剪切破坏。     

Microwave brightness temperature imaging and dielectric properties of lunar soil

Among many scientific objectives of lunar exploration, investigations on lunar soil become attractive due to the existence of He³ and ilmenite in the lunar soil and their possible utilization as nuclear fuel for power generation. Although the composition of the lunar surface soil can be determined by optical and γ/X-ray spectrometers, etc., the evaluation of the total reserves of He³ and ilmenite within the regolith and in the lunar interior are still not available. In this paper, we give a rough analysis of the microwave brightness temperature images of the lunar disc observed using the NRAO 12 meter Telescope and Siberian Solar Radio Telescope. We also present the results of the microwave dielectric properties of terrestrial analogues of lunar soil and, discuss some basic relations between the microwave brightness temperature and lunar soil properties.     

LNAPL污染物及水含量对石英砂介电常数的影响

为研究LNAPL污染物及水含量对石英砂介电常数的影响,首先以石英砂模拟单一土壤环境,利用柴油和水的混合物来模拟轻非水相液体(LNAPL)污染物污染土壤,然后通过矢量网络分析仪和开口同轴探头,分析高频超宽带电磁波在土壤中的反射并计算介电常数。实验结果显示,石英砂介电常数随着体积含水量和含油量的增加而增加,直到达到饱和状态,此时石英砂介电常数趋于稳定;石英砂介电常数实测值处于极化模型和De Loor模型之间,结果与De Loor模型接近。     

土质对人工冻土冻结温度影响的试验研究

不同土质的冻结温度是人工冻结法冻结壁设计重要依据。为研究土质对人工冻土冻结温度的影响,选取不同地区人工冻结法施工典型土层开展冻结温度试验,提供了不同地区典型土层的冻结温度范围,并结合水泥土、含盐土冻结温度试验进行对比分析。结果表明：同一地区不同土层的冻结温度随其土颗粒粒径的增大而增大;随水泥掺入比及龄期的增加,水泥土的冻结温度降低;随含盐量的增加,NaCl含盐土冻结温度线性降低,含盐量对氯盐土比对硫酸盐土的冻结温度影响更显著。研究成果对不同土性的冻结壁设计具有指导意义。     

岩土层含水量分层监测系统的研究及应用

开发为地质灾害预测预报所需用的岩土层含水量和渗透力测试仪,并和气候雨量、地质灾害成灾规律联系起来,是我国地质灾害监测预报发展的趋势。岩土层含水量分层监测系统是采用TDR（Time Domain Refiectometry）技术原理、方法研制的仪器,通过波导棒探针发射的电磁波射入岩土层,测量电磁波脉冲从波导棒的起点传播到接收末端的反射电压值,此反射电压值与岩土体本身含水量介电常数有函数关系,经过计算转换为测点岩土体积含水量,实时测量和采集地质灾害岩土层含水量和渗透力参数。介绍了该监测系统的基本原理、主要技术参数、监测工艺技术方法以及现场应用情况。