兰州马衔山多年冻土特征及变化趋势分析

马衔山是目前黄土高原地区唯一证实有多年冻土发育的山脉.残存的多年冻土被誉为黄土高原地区多年冻土的"活化石".近20a来马衔山多年冻土发生了明显的退化,目前仅在小湖滩有岛状多年冻土残存,属于典型的高温多年冻土,1990年代初在其它区域发现的零星多年冻土已经基本消失.马衔山岛状多年冻土地温从10～16m的-0.2℃向上和向下升高,地温梯度±0.01℃·m-1左右,相比1990年代初,多年冻土地温上升了0.1～0.2℃,年升温率为0.006～0.012℃·a-1,小于青藏高原高温多年冻土平均升温速率.马衔山多年冻土最大厚度约40m,正在发生着上引式和下引式退化,而岛状冻土边缘区域侧引式退化起主导作用.马衔山多年冻土发育有丰富的地下分凝冰,根据地下冰发育特征和埋藏有机质层14C测试资料分析,马衔山多年冻土在新冰期形成后发生过多次地表重复堆积,共生共长作用是地下冰形成的重要原因.丰富的地下冰和厚层有机质层的保护作用,以及区域寒冷的微气候环境,应该是马衔山多年冻土残存的主要原因.     

青藏高原腹地高原多年冻土区能量收支各分量的季节变化特征

利用2007年青藏高原冰冻圈观测研究站在唐古拉和西大滩综合观测场的实测资料,计算了藏北高原多年冻土区2种不同植被下垫面的能量收支各分量,并对其季节变化特征和主要影响因素进行了分析.结果表明,该区域地表净辐射季节变化十分显著,主要受到太阳高度角和下垫面状况的影响;地表热通量季节变化同净辐射相似;感热通量春季达到最大,在夏...     

兰州马衔山多年冻土特征与环境因素的关系

研究区几个场地上的钻探和地温测量证实,我国黄土高原上多年冻土存在确凿无疑。多年冻土以岛状和分散形式出现,其面积从10m~2到1.5×10~5m~2。厚度3m或5m到30m,其中分散性多年冻土在中国是首次发现。多年冻土发育的关键因素是海拔,在3500m以上的高度范围内,区域性因素使多年冻土的平面分布复杂化。     

地表能量变化对多年冻土活动层融化过程的影响

利用青藏高原北部唐古拉综合观测场2006-2008年辐射平衡及活动层温度观测资料,分析了高原北部地表能量变化对活动层融化过程的影响.结果显示：该地地表能量具有明显的季节变化特征,总辐射、净辐射、土壤热通量及地面热源强度6-7月最大,11-12月最小;研究时段土壤热通量年平均值0.12MJ.m-2.d-1,活动层土壤以吸...     

基于能量平衡的多年冻土区公路设计理论研究

青藏公路长期研究表明,青藏高原多年冻土公路工程空间效应敏感,主要表现为公路空间效应直接改变下伏冻土地基的天然能量平衡状态,继而引发一系列工程病害. 针对这一工程问题,提出多年冻土地区公路能量平衡设计理论,研究公路工程建设引发的多年冻土地基能量变化状态,平衡自然环境变化和工程建设等导致的外界“有害”能量导入与工程处置措施对冻土地基中“有害”能量导出之间相互关系,从空间和时间两个维度分析多年冻土地区公路工程的能量平衡过程. 据此,作为多年冻土公路工程的设计依据,将为青藏高原高速公路的科学设计提供理论支持.     

长江源区典型高寒沼泽草甸地表能量平衡特征及其影响因素

广泛分布的草地是长江源区水源涵养的重要生态系统之一。在气候变暖的背景下,高寒草地生态系统的空间分布格局发生了深刻的变化,高寒沼泽草甸显著退化,正面临着逐步消失的风险,并且目前对于高寒沼泽草甸能量平衡过程及其演化过程的观测不足,难以支撑进一步的机理研究。通过开展高寒沼泽草甸地区的能量平衡观测研究,深入理解高寒沼泽草甸能量平衡和水量平衡过程特征并分析影响因素和驱动力,能够为沼泽草甸的保护和修复提供数据基础和理论支撑。本研究基于长江源区布曲冬克玛底河流域典型高寒沼泽草甸2020年涡动相关设备测量所获取的连续、高质量的能量平衡观测数据,探究了当地能量平衡特征及其影响因素。研究发现：冬克玛底流域的气候特征呈现夏秋季温润、冬春季冷干的季节特征,下垫面土壤存在长时间的饱和状态以及明显的冻融循环过程。独特的气候及下垫面条件使高寒沼泽草甸具有独特的能量平衡特征,表现在净辐射主要被感热和潜热所消耗,分别达到全年的46.1%和55.6%,仅有1.7%转化为土壤热通量。净辐射在夏秋季主要转化为潜热,冬春季主要转化为感热,潜热通量相较于其他高寒草甸类型占比更大且更集中在夏秋季,高寒沼泽草甸年总潜热占比可达有效辐...     

藏北高原多年冻土区地表反照率特征分析

利用青藏高原冰冻圈观测研究站西大滩、五道梁和唐古拉自动气象站(AWS)2006—2007年的辐射观测资料,分析了藏北高原多年冻土区不同下垫面的地表反照率特征.结果表明:该地区地表反照率在四季都表现出明显的日变化特征,呈U形,早晚大,中午小.日平均和月平均地表反照率有相同的年变化特征,且冬半年的地表反照率远远大于夏半年.受积雪的影响,地表反照率年均值较高,夏季最小,冬季最大,春季大于秋季.针对3种不同植被类型的下垫面,在四季反照率都有高寒草甸(唐古拉)高寒草原(西大滩)荒漠草原(五道梁)的特点.     

2005年青藏高原唐古拉地区地表能量收支状况分析

利用青藏高原唐古拉地区2005年涡动系统和10 m气象塔数据资料,计算分析了该地区地表能量收支状况.结果表明: 感热与潜热均有明显的季节变化特征,感热春季较大,夏季有下降趋势;潜热夏秋季节较大,冬春季节较小;净辐射在冬春季节主要转化为感热,夏秋季节转化为潜热,这些主要受季风、活动层冻、融过程及净辐射变化的影响.Bowen比夏秋季节平均为0.7,冬春季节平均为3.4,变化范围为-1.0～17.9.另外,研究显示降雨对感热、潜热通量影响较大.     

兰州马衔山多年冻土活动层厚度估算及影响因素分析

马衔山残存的多年冻土被誉为黄土高原地区多年冻土的"活化石". 自1986年发现多年冻土存在至今, 多年冻土发生了严重的退化, 活动层厚度增大, 面积由原来的0.16 km²减少到现在的 0.134 km². 本文基于马衔山多年冻土区的实际监测资料分析了气温、地表温度和N系数随时间变化特征以及活动层温度、土壤含水量的时空特征. 根据2010-2013年马衔山多年冻土区的日平均地表温度和土壤参数实测及实验室分析资料, 利用X-G算法模拟了马衔山多年冻土的冻融过程, 并模拟得到4年的活动层厚度均比实测值小, 这可能与活动层底部较高的未冻水含量有关. 然后进一步探讨了泥炭层和含水量对活动层厚度的影响, 泥炭层越厚, 其隔热作用越强, 活动层厚度越小; 反之, 活动层厚度越大; 含水量越高, 土壤的容积热容量越大, 活动层厚度越小; 反之, 活动层厚度越大.     

陇中黄土高原冬季地表辐射和能量平衡特征

利用定西试验基地2003年12月至2004年2月获取的地气相互作用观测资料,分析了陇中黄土高原冬季典型天气（晴天、阴天及雪天）和平均状况下的地表辐射能量平衡和土壤温度等微气象特征的日变化规律。结果表明,在典型天气间微气象特征有较大差异,但冬季的平均特征与晴天比较接近,云和降雪的扰动影响有限。冬季地表能量平衡以感热输送为主,土壤热通量为辅,且普遍存在不平衡现象。冬季初的2／3时段净辐射及土壤热通量日总量基本为负值,之后的1／3时段为正值,冬季地面加热场为热源。冬季土壤温度在地表及20 cm土壤层存在日变化,30 cm及以下土壤温度日变化很小。冬季地表日平均反射率基本在0.20～0.25之间变化,平均值为0.22。     

祁连山冻土区天然气水合物及其基本特征

2008年11月5日,由中国地质科学院矿产资源研究所、勘探技术研究所和青海煤炭地质局105勘探队施工的"祁连山冻土区天然气水合物科学钻探工程"DK-1孔取得重大突破,成功钻获天然气水合物实物样品.这是我国冻土区首次钻获并检测出的天然气水合物实物样品,也是世界上第一次在中低纬度高原冻土区发现的天然气水合物,具有重要的科学、经济和环境意义.目前钻获的天然气水合物均产于冻土层之下,产出深度133~396 m,其层位属于中侏罗统江仓组.水合物以薄层状、片状、团块状赋存于粉砂岩、泥岩、油页岩的裂隙中,或以浸染状赋存于细粉砂岩的孔隙中.祁连山冻土区天然气水合物具有埋深浅、冻土层薄、气体组分复杂、以煤层气为主等特征,应是一种新类型水合物.     

中国天山西部那拉提山地区多年冻土分布特征

那拉提山位于中国天山西部, 其冻土变化过程对区域自然环境变化、 工程活动产生重要互馈作用. 结合即将修建的新疆伊(宁)-库(车)输电线路前期的冻土勘察结果, 对那拉提山地区冻土分布特性、 主要影响因素等进行了探讨. 结果表明: 那拉提山地区冻土分布属于典型的山地多年冻土, 冻土发育区域、 冻土类型和地下冰空间发育特征及冻土温度状况等主要受到海拔、 地形地貌、 地表水分条件等因素的影响和控制. 同时, 该地区大量发育有泥流阶地、 泥流舌、 热融滑塌、 石环、 石河等冰缘现象. 受坡向、 植被、 水分等因素影响, 区域内冻土活动层厚度为0.7~4.5 m, 随着海拔增加, 冻土厚度由阳坡连续多年冻土下界(海拔3 000 m)附近的约20~22 m增加到海拔3 300 m附近的约70~100 m. 自1985年以来, 区域年平均气温上升(约0.088℃·a^-1), 该区域内的冻土退化趋势明显.     

青海祁连山冻土区发现天然气水合物

祁连山冻土区位于青藏高原北缘,多年冻土面积约10×10~4km~2,具有良好的天然气水合物形成条件和找矿前景.2008～2009年间中国地质调查局在青海省天峻县木里煤田聚乎更矿区施工"祁连山冻土区天然气水合物科学钻探工程",迄今共完成钻探试验井4口,总进尺2059.13m,分别在DK-1、DK-2和DK-3钻井中钻获天然气水合物实物样品,取得了找矿工作的重大突破.天然气水合物产于冻土层之下,埋深133～396m.水合物呈白色、乳白色晶体,点火能燃烧,红外热像仪测温后呈明显的低温异常,放进水里强烈冒泡,水合物分解后能不断冒出气泡和水滴,并残留下特征的蜂窝状构造.激光拉曼光谱仪检测呈现特征的水合物光谱曲线,测井曲线也具有较明显的高电阻率和高波速标志.祁连山天然气水合物具有冻土层薄、埋深浅、气体组分复杂、以煤层气成因为主等明显特征,是一种新类型水合物.这是我国冻土区首次钻获的天然气水合物实物样品,也是全球首次在中低纬度高山冻土区发现天然气水合物实物样品,具有重要的科学意义和经济意义.     

Gas Hydrates in the Qilian Mountain Permafrost, Qinghai, Northwest China

Qilian Mountain permafrost, with area about 10×104 km2, locates in the north of Qinghai-Tibet plateau. It equips with perfect conditions and has great prospecting potential for gas hydrate. The Scientific Drilling Project of Gas Hydrate in Qilian Mountain permafrost, which locates in Juhugeng of Muri Coalfield, Tianjun County, Qinghai Province, has been implemented by China Geological Survey in 2008–2009. Four scientific drilling wells have been completed with a total footage of 2059.13 m. Samples of gas hydrate are collected separately from holes DK-1, DK-2 and DK-3. Gas hydrate is hosted under permafrost zone in the 133–396 m interval. The sample is white crystal and easily burning. Anomaly low temperature has been identified by the infrared camera. The gas hydrate-bearing cores strongly bubble in the water. Gas-bubble and water-drop are emitted from the hydrate-bearing cores and then characteristic of honeycombed structure is left. The typical spectrum curve of gas hydrate is detected using Raman spectrometry. Furthermore, the logging profile also indicates high electrical resistivity and sonic velocity. Gas hydrate in Qilian Mountain is characterized by a thinner permafrost zone, shallower buried depth, more complex gas component and coal-bed methane origin etc.