气候变化对中国多年冻土和寒区环境的影响

中国的多年冻土总面积为 2 .1 5× 1 0 6 km2 ,主要分布在高海拔地区。 40年来 ,随寒区经济的快速发展和资源、环境问题的日益突出 ,冻土和寒区气候变化研究获得了长足的进展。我国大部分地区的多年冻土退缩趋势明显。 2 1世纪 ,受气候变暖和人为活动的共同影响 ,青藏高原和东北地区北部多年冻土将大幅退缩。冻土广泛退缩将对中国的寒区经济和环境产生重要影响。但是 ,冻土退缩及其对环境的影响还存在很大的不确定性。     

To the issue of stabilization of permafrost soil subgrade

This paper summarizes an analysis of consequences of railway subgrade construction and maintenance solutions in northern areas of the Russian Far East. An idea of the natural long-term stabilization of the subgrade-base geotechnical system is presented. Proposals to improve the decision-making of construction and engineering solutions are formulated.     

Scenarios of Future Climate Change: Effects on Frost Occurrence and Severity in the Maritime Uplands of Northern England

Changes in annual frost frequency and annual frost accumulation associated with a variety of temperature change scenarios are mapped for northern England. Estimates of future changes are obtained through application of analytical theory to convert predictions of mean daily minimum temperatures and their inter-diurnal variability to accumulated frost degrees and frost frequency. The baseline climate is provided by regression analysis of surface data involving up to ten terrain variables. Future scenarios include warm and cold analogues, maritime and continental airflow scenarios, arbitrary warming and two general circulation model (GCM) simulations: UKHI (United Kingdom Meteorological Office High Resolution GCM Equilibrium Experiment) and GISS (Goddard Institute for Space Studies). Considerable contrasts emerge between scenarios, with substantial reductions in frost frequency and accumulation in the two GCM 2 *CO₂ simulations. This is to be expected in a maritime area where small changes in temperature have a large influence on parameters involving threshold temperatures. Increases in frost occur under the continental airflow scenario. Changes in frost do not necessarily complement those in accumulated warmth, and therefore indices combining possible changes in warmth and frost are helpful.     

西伯利亚北极河流有机碳输出特征及影响要素

河流有机碳输出是北极碳循环的重要组分,对气候变化十分敏感。本文利用ArcticGRO的径流及有机碳数据,通过数理统计分析等方法,对2004—2017年间俄罗斯西伯利亚地区的鄂毕河、叶尼塞河和勒拿河有机碳输出进行研究。结果显示：西伯利亚3大河流的年均有机碳输出总量约23 Tg,其中溶解有机碳（DOC）输出约18.55 Tg,占北极地区50%以上,接近颗粒有机碳（POC）输出的4倍。2009—2017年间的年均DOC输出量较1999—2008年存在较大差异,鄂毕河增加18%,叶尼塞河下降13%,而勒拿河增加了近70%。春、夏两季有机碳输出总量占全年85%以上,春季为有机碳输出高峰期,而在鄂毕河流域春、夏季贡献率相当。各流域河流有机碳输出特征不同且具有季节性变化,主要受径流、冻土及人类活动等的影响。其中,DOC输出总量在年际与季节性变化特征上均与径流变化呈显著正相关,随径流增加DOC浓度也相应增大;而多年冻土也因类型及分布差异对河流DOC与POC具有不同程度的影响。研究气候变化下的北极河流有机碳输出特征及影响要素,有助于深入理解北极河流有机碳输出对气候及环境变化的综合响应,为揭示气候变化下的北极碳循环过程奠定基础。     

近45年青藏高原土壤温度的变化特征分析

利用青藏高原60 个气象站1960-2005 年的土壤温度观测资料, 采用Mann-Kendall 法和功率谱方法对不同深度土壤温度的时间变化进行趋势突变和周期检验, 并以主成分方法考察 其空间分布特征。分析结果发现青藏高原浅层土壤温度自1970 年以来升高趋势明显, 1969-1970 年为明显的突变点; 40~320 cm 的深层土壤温度存在3.25 年的显著周期变化; 浅 层土壤温度空间特征则主要体现为全区一致型和南北反向变化型。同时以浅层土壤温度梯度 (10~20 cm) 的变化特征讨论了青藏高原地气间能量的交换关系以及浅层土壤温度梯度对高原 多年冻土的响应, 认为高原地气温差和浅层土壤温度梯度之间存在一种涨落机制, 体现的是 高原地气间的耗散结构关系; 而浅层土壤温度梯度分布特征对高原多年冻土有明显的响应。     

柴达木盆地40多年来的气候变化研究

 分析青海省柴达木盆地1961—2002年气象观测资料得出,年度和四季的气温、降水和地表蒸发的气候变化倾向率均为正值。尤其是近10多年来,柴达木盆地气温升高、降水增多、地表蒸发增加,这些气象要素都有利于气候向暖湿方向发展,但考虑到柴达木盆地的降水总量有限（平均每日降水不足0.3 mm）,而地表蒸发总量又与降水总量比较接近,因此,从气象要素的历史变化和季节分布特征看,柴达木盆地的整体环境状况仍处于比较差的阶段。     

Study of moisture migration in clay soils considering rate of freezing

The paper presents some methods of numerical modeling and a study of moisture changing in frozen clay soils considering rates of freezing in the base of construction.An impact assessment of moisture changes in clay soils affecting strength characteristics during thawing was carried out in stability tests.     

浑善达克沙地地区的气候变化特征

利用浑善达克沙地地区8个典型气象站近50a的气候资料,以及锡林郭勒盟南部1903-1975年旱涝等级指数数据,主要运用Excel分析了该区时空气候变化特征。近50a来,整个浑善达克沙地地区气温升高的趋势和全球变暖表现一致,而且气温升高更加显著。无论从100a尺度还是50a尺度上看,整个区域在不同的年代都存在有较大的干湿差异;然而降水量的变化趋势表现不同,在50a尺度上,整个区域降水量呈波动中微弱减少的态势,且存在区域差异。从气温、降水量、蒸发量以及平均相对湿度的变化情况看,都有趋势表明浑善达克沙地以朱日和为代表的西北部地区,较中部和东南部有明显暖干化趋势,将可能是未来生态环境更加脆弱的地区。整个区域自1970年以来,年平均风速在减小,但近40a来浑善达克沙地西部地区沙尘暴一直在发展;东部地区的沙尘暴在1980年以前呈增加的趋势,1980年以后则明显减少,但新近频繁发生的沙尘暴表明,东部地区沙尘暴的发展也应当引起关注。     

青藏高原工程走廊冻土分布模型及其变化趋势

青藏高原工程走廊多年冻土是地气系统相互作用的产物,气候环境决定了其分布的宏观格局,但局地因素如坡向等,在一定条件下,对小区域多年冻土的影响往往会超过大气候背景。通过Pearson相关性分析,选取了对青藏高原工程走廊多年冻土分布影响较大、在GIS技术支持下较容易量化的坡向,结合区域内29个钻孔点的长期地温监测数据,建立了年平均地温与高程、纬度及坡向之间的多元线性模型。根据青藏高原冻土工程地温分带指标,制作出了走廊内符合实际的冻土分布图。运用随气候变化的响应模型,预测了走廊内50 a后多年冻土将发生较大的变化:1.低温稳定区、低温基本稳定区的空间分布面积逐渐减小,分布界线向高海拔迁移;2.高温不稳定区较大范围地向高温极不稳定区转化;3.高温极不稳定区将处于长期的退化过程。     

萨拉乌苏河流域MGS2层段主要氧化物变化及其指示的气候波动

萨拉乌苏河流域与MIS2相同时代的MGS2地层段记录了5.5个由风成砂与河流相或湖沼相构成的沉积旋回,通过对各沉积旋回的主要氧化物分析表明：河湖相中Al2O3、TOFE、K2O、MgO、CaO、Na2O、TiO含量通常明显高于风成砂,而SiO2含量则呈现相反的变化,构成了与沉积旋回相对应的5.5个主要氧化物变化旋回。结合各主要氧化物的化学迁移特性和剖面所在区域的地貌特征进行分析,认为该剖面的主要氧化物变化旋回是气候波动的反映,一个主要氧化物含量变动旋回指示了一个干冷-暖湿旋回,也即一个冬夏季风先后演替的气候旋回。MGS2持续的时间仅为12 ka,一个冬夏季风环境的变化大致平均仅需要2 ka,一个冬季风或者夏季风环境的平均持续时间大约1 ka。显然,这是一个千年尺度的环境变化。研究还表明,MGS2气候波动与晚冰期气候变化以及相关的Heinrich事件具有良好的对应关系。可以推断,MGS2记录的千年尺度环境变化是全球环境变化在本区域的反映。     

太湖流域土地利用变化对流域产水量的影响

根据土地详查和土地利用总体规划资料，分析太湖流域近２０年土地利用的现状特点和将来变化趋势。并以 １９９１年降雨类型分别计算了 １９８６、１９９６和 ２０１０年土地利用状况下流域的产水量。结果表明，太湖流域土地利用变化的主要特点是耕地面积的减少和建设用地面积的增加。同样降雨类型，１９９６年流域下垫面状况下的产水量比 １９８６年的多１０．１８ × １０８ ｍ３，２０１０年产水量将比 １９８６年多 １２ × １０８ｍ３。太湖流域土地利用变化对流域产水量有较大影响，这与２０世纪９０年代以来太湖持续高水位的现象相吻合。     

Composite technology of earthwork construction on taliks in cryolithic zones

This paper reviews construction and technological solutions for roadbeds in talik areas of permafrost soil, and proposes an integrated technology for prevention and elimination of taliks during constru...     

洱海近代气候变化的化学记录

对洱海现代沉积物进行采样,将放射性核素精确计年与沉积物化学记录研究相结合,成功地恢复了洱海近６５０年来的气候与环境变迁。研究结果表明,洱海区域气候主要表现为暖干与冷湿相交替的气候演替类型,且存在约２００年时间尺度的变化准周期,目前正入于暖干期末期－冷湿期初期,预计气温将有所下降,降雨量将有所增加。     

Predictive modeling of the permafrost thermal regime in Russian railroad subgrade support systems

The goal of a predictive thermotechnical calculation is to model the behavior of the top permafrost boundary under current operational conditions as well as increasing average annual air temperatures that results in degradation of the permafrost layer. Numerical modeling was used to assess the efficient application of construction measures to create sustainable operation of the railroad. The numerical modeling was carried out in the programming complex FEM-models developed by geotechnical engineers of St. Petersburg, Russia under Prof. V. M. Ulitsky’s guidance. The Termoground Program as a part of the FEM-models enables the research of freezing, heaving and thawing in different design solutions. Research was carried out in space resolution for a year cycle. The performed model has shown that the designing measures accepted for permafrost protection from retreat in the subgrade support were generally effective.     

拉萨河冬季径流对气候变暖和冻土退化的响应

20世纪90年代以来,拉萨河流域的气温经历了10年升高0.54 ^oC的气候变暖,这期间以秋冬季升温为主。在近40年 (1963~2004年) 气候和28年 (1976~2004年) 月径流数据的基础上,研究了具有多年冻土的高海拔拉萨河流域的冻土和水文响应。结果表明,冬季径流对11~2月气温升高具有显著响应,在12~2月份增加了16%,其中2月份增加22%。水热相关分析表明,10~11月地表温度升高0.8~0.9 ^oC导致冬季河流水量增多,介于0.9~1.5m深度的季节冻土深度和温度变化导致了径流量变化的响应。20世纪90年代的气候变暖使得多年冻土区的季节冻土深度萎缩了大约14cm,冻土区的冬季径流水文响应比气温更快、更显著。但冻土积雪观测的不足使冬季水文变化具有不确定性。     

鄂尔多斯高原近40a气候变化研究

鄂尔多斯高原特殊的地理位置对全球气候变化更为敏感,利用1961-2000年地面气温和降水记录,通过计算气候趋势系数和气候倾向率描述鄂尔多斯高原气候空间变化特征。结果表明,40 a来本区气温有明显上升趋势,平均气温以0.43℃·(10a)^-1幅度升高。全年各月气温都在上升,但冬季升温最剧烈,达0.82℃·(10a)^-1,其中12月可达1℃·(10a)^-1,为全年之首。夏季最弱,仅0.31℃·(10a)^-1。本区增温幅度比较剧烈,大于内蒙古全区平均水平。冬、夏增温差异导致气温年较差减小。20世纪60年代年平均气温是下降的,从70年代开始上升,90年代上升最剧烈。冬季温度变化与年均温一致,但夏季不同,90年代以前夏季温度是降低的,到90年代夏季温度上升趋势十分明显。温度升高的程度存在区域差异,西北部最强,东南部最弱。降水的趋势变化不很明显,年降水量略有减少,秋季降水量减少比其他季节明显。降水变化也有区域差异,南部比北部降水量减少明显,毛乌素沙漠及以南降水倾向率为-18.3 mm·(10a)^-1,而北部接近于零。气候变暖会使蒸发量增大,从而导致干旱,气温持续增高再加上降水量减少则形成干旱化,对生态环境和地方经济会产生重大影响。     

安固里淖沉积物记录的气候环境变迁

根据对河北坝上地区安固里淖湖泊沉积物粒度、碳酸盐与TOC含量的分析,探讨了安固里淖近400年来的气候与环境变迁。研究结果表明,安固里淖地区近400年来的气候大致经历了凉干-冷湿-暖干三个气候变化阶段：1634～1801年间的气候凉干期、1801～1889年间的冷湿期以及1889年至今的暖干期,表现为暖干与冷湿相交替的气候演替类型,近百年来干暖化趋势明显。     

黄河源区径流对气候变化的响应及未来趋势预测

利用1956-2010 年黄河源区流域水文、气象观测数据和2010-2030 年区域气候模式系统PRECIS输出数据降尺度生成的未来气候情景资料,通过分析流量的演变规律和揭示气候归因,预测了未来流量可能的演变趋势。研究表明：近55 年来黄河源区年平均流量总体呈减少趋势,并具有5a、8a、15a、22a 和42a 的准周期变化;南海夏季风减弱引起流域降水量的减少与全球变暖背景下蒸发量的增大和冻土的退化是导致黄河源区流量减少的气候归因;根据区域气候模式系统PRECIS预测结果,未来20 年黄河源区流量变化趋势可能仍以减少为主。     

Hydrological effects of alpine permafrost in the headwaters of the Urumqi River, Tianshan Mountains

Against the background of climate change, alpine permafrost active layers have shown a gradual thickening trend and the hydrothermal conditions have undergone significant changes in the Tianshan Mountains and the Qinghai-Tibet Plateau, China. At the ice-free cirque basins in the headwaters of the Urumqi River(hereafter referred to as the Ice-Free Cirque) in eastern Tianshan, China, the hydrological effects of the alpine permafrost active layers appear to have also exhibited significant changes recently. The increasing trend of local precipitation is clear in May and June. The onset of winter and spring snowmelt runoff clearly lags behind increases of air temperature, and the runoff peak appears near the beginning of the melting season, which results in the spring runoff increasing. In summer, runoff decreases strongly and the maximum runoff occurs earlier. In our analysis of meteorological and hydrologic data from 1959 to 2010, the runoff and precipitation changes are significantly correlated. In the initial stage of runoff, the runoff-producing process is mainly under the control of the soil water content and soil temperature in the 0–30 cm active layers. Spring precipitation and snowmelt water are mainly involved in the processes of infiltration and evaporation while some melt water infiltrates into the seasonal thawed layer and stays above the frozen layers. During the strong ablation period in summer, the runoff-generating process is mainly controlled by soil water content in the active layers deeper than 60 cm. In the active layer, precipitation and seasonal snowmelt water infiltrates, migrates, collects, and then forms runoff.