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。     

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     

中国区域冻土研究的回顾和展望

我国系统的区域冻土研究是从新中国成立以后才开始的。解放前只有少数日本人在东北做过一些零碎的调查工作。解放以后寒区的经济建设推动了冻土水文地质和工程地质的研究工作,同时也带动了区域冻土的研究。特别是东北大、小兴安岭森林资源的开发和水利工程的兴建,青藏公路及乌鲁木齐至库尔勒公路的修筑,揭开了区域冻土研究的序幕。通过三十年来区域冻土的研究工作,对我国多年冻土的分布及其影响因素的了解有了质的飞跃。从而确立了我国作为世界冻土第三大国的地位。     

《普通冻土学》

由苏联科学研究院西伯利亚分院冻土研究所著,铁道部科学研究院西北研究所与中国科学院兰州冰川冻土研究所和兰州大学科技人员合译出《普通冻土学》一书,最近,由中国科学出版社出版。 该书是作为纪念冻土学的奠基人——M.N.苏姆金诞辰100周年的献礼。根据苏联科学研究院西伯利亚分院冻土研究所近三十年来所积累的大量冻土实际资料,以现代科学水平撰写而成的一部颇有影响的冻土学专著;全书25万字,共分十三章,图文并茂。主要论述了冻土学的概念、定义、发展史     

国外高山多年冻土研究概况

近年来,在区域冻土学研究领域中,除了以极地为中心的高纬度多年冻土、海底冻土和古冻土方面有了许多进展之外,有关高山多年冻土的研究引起了国内外许多学者的广泛兴趣,学术活动日趋频繁。1972、1974年藤井理行和埃佛斯(Ives)相继明确提出了高山多年冻土的概念。1976年苏联多年冻土研究所A.P.戈尔布诺夫(Gorbunov)在高加索召开的国际地理学会高海拔地区生态学讨论会上提出了高山多年冻土的分类,并于     

青藏高原多年冻土热融灾害发展预测

青藏高原多年冻土区是世界上中低纬度多年冻土面积最大的区域,气候变化引起青藏高原多年冻土区年平均地温上升、地下冰融化、多年冻土退化等问题。借助ARCGIS技术手段,通过地下冰计算模型和Stefan公式计算研究区不同气候变化情景模式下的地下冰体积含冰量和活动层厚度变化。结果表明:在未来几十年内多年冻土的分布范围将不会发生显著变化,多年冻土的主要退化形式为地下冰的消融、低温冻土向高温冻土转化;但本世纪末多年冻土将发生大范围的退化。这一过程将引起热融滑塌、热融沉陷等冻土热融灾害。将Nelson热融灾害风险性评价模式进行修正,对研究区灾害风险性进行评估区划。最大的危险区主要分布在西昆仑山南麓、青南山原中部、冈底斯山和念青唐古拉山南麓、喜马拉雅山南麓部分区域,在未来几十年内有加剧的趋势。     

多年冻土工程地质制图的阶梯发展

多年冻土工程地质制图是区域和历史冻土学研究的基础内容之一.多年冻土工程地质制图是根据需要和制图原则,在特定时空尺度分析多年冻土特征,以及各种自然、工程、环境要素共同影响下的多年冻土属性的量化描述.多年冻土工程地质制图所解决的科学问题从多年冻土的分布、规律和格局、冻土功能,认识不断提高.制图的内容从研究多年冻土的基本要素...     

多年冻土区热融湖研究现状与展望

热融湖是多年冻土区地下冰融化形成的典型地貌单元,热融湖及其变化对多年冻土热状态、水文过程、生态环境、冻土工程稳定性等有着重要的影响. 热融湖还是重要的温室气体源,与全球气候系统存在着复杂而显著的互馈过程,是气候与环境变化的指示器. 因此,开展热融湖的相关研究是近年来冻土学研究的热点之一. 通过文献综述,从以下方面评述了热融湖研究的现状与进展：1) 热融湖形态特征及其演化过程;2) 热融湖热状况及其热效应研究;3) 热融湖和多年冻土区土壤-植被生态系统的相互作用研究;4) 热融湖对大气中温室气体的贡献. 最后,讨论了该领域目前面临的主要问题,提出了应在热融湖演化的基础理论、动态变化过程的预测、热融湖的冻土水文效应、区域尺度热融湖与冻土、生态、水文和气候耦合过程的综合等方面进一步开展研究,为定量预测和评价冻土区热融湖环境工程效应,应发展不同尺度的计算模型.     

东北北部冻土退化与寒区生态环境变化

我国东北地区位于中高纬度欧亚大陆东缘,大、小兴安岭多年冻土区是欧亚大陆高纬冻土区向南最突出的部位,属于高纬山地冻土.东北多年冻土区是我国,乃至全球范围内,受气候变暖和人为活动影响最显著的冻土区之一.过去40 a来该区冻土显著退化,主要表现在:1)冻土南界及不连续多年冻土各分区边界北移而导致总面积减小、空间分布破碎化;2)活动层加深,融区扩大,局地冻土岛消失;3)冻土温度升高、厚度减薄、热稳定性降低等.由于各种因素的共同影响,寒区生态环境也发生了一系列变化.这具体表现为以兴安落叶松占绝对优势的天然林带锐减,整个北方森林带北移,沼泽湿地面积减小等,寒区生态系统和环境已出现恶性循环.关注、研究、整治和管护寒区环境对区域社会、经济和生态可持续发展不可或缺.     

基于综合调查的西昆仑山典型区多年冻土分布研究

西昆仑山位于青藏高原西北部,地势起伏大,气候干旱严寒.为了解其多年冻土分布状况,以219国道大红柳滩到奇台达坂之间的沿线区域作为西昆仑山典型区,以野外冻土钻探、坑探、物探为主要调查手段,综合分析该区域多年冻土分布的下界.对现场调查数据的初步分析表明,该区域多年冻土阳坡下界在海拔4 800m,阴坡下界在海拔4 650m,东西坡下界在海拔4 700m.依据上述冻土下界的分布规律,以数字高程模型为基础,通过ArcGIS软件建立了西昆仑山典型区的多年冻土分布模型,实现了对研究区域多年冻土分布的模拟.对该区域的研究结果表明:典型区内多年冻土的分布面积为3 136.3km2,占区域总面积的89.4%.结果与青藏高原冻土图在该区域的截图相比,多年冻土的面积略有增加.对比分析模拟图和截图后发现,基于实际调查的多年冻土模拟分布图更准确的描述了河谷的融区,而截图的多年冻土分布界限较为粗糙,缩小了喀喇喀什河支沟融区,人为放大了219国道大红柳滩到奇台达坂之间的宽谷融区.     

多年冻土区线性工程的生态环境影响研究现状与展望

在多年冻土区,线性工程（公路、铁路、输油管线、输电线路等）的修建和运营对沿途周边的冻土热状态、土壤理化性质、水文过程以及陆面过程产生显著影响,生态环境发生明显改变并对冻土的工程稳定性产生显著影响。冻土工程作用下的生态环境变化是冻土学近年来研究的热点之一,通过文献综述,对冻土区线性工程的主要特征,以及近几十年来工程影响下冻土环境和植被变化研究进展与现状进行了总结和归纳,在此基础上,探讨了多年冻土区工程建设存在的主要生态问题。目前,生态环境各要素对工程的反馈研究十分丰富,但是生态环境要素与工程相互作用的机理、过程的研究还需完善。在以后的研究中应重点拓展有效的监测手段,为冻土区生态环境监测和研究服务;同时,在深入理解寒区工程建设对生态环境作用机理、过程基础上,积极开展冻土区工程环境容量阈值评估以及生态环境变化预测研究,为寒区大规模工程建设与生态环境和谐发展提供理论支持与对策建议。     

中俄管道(漠河—乌尔其段)多年冻土环境工程地质区划和评价

在汇总大量勘察资料的基础上,充分考虑冻土区输油管道工程的特点,以及管道与冻土之间的相互作用和过程,重点阐述中俄输油管道沿线多年冻土环境工程地质条件,确定出中俄管道沿线冻土环境工程地质区划原则和指标。按不同类型多年冻土的区域分布规律及面积比率,并考虑地温、厚度及植被变化等特征,分成4个冻土工程地质区,即漠河—瓦拉干片状冻土区、瓦拉干—劲松大片融区的多年冻土区、劲松—加格达奇岛状多年冻土区和加格达奇—乌尔其零星多年冻土区。然后按多年冻土含冰(水)量类别,并兼顾土层冻胀、融沉分类级别,又在4个区内共划分出151个冻土类别地段,依次按区分级进行评价,最后将这151个地段归纳为4种类型的工程地质地段:良好、较好、不良、极差。     

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.     

致读者

《冰川冻土》杂志经过一段时间的筹备、试刊,正式出版和读者见面了。 冰川冻土是寒冷地区两类与人类生活相关的自然现象,由此产生了两种相互联系的科学,即冰川学和冻土学。冰川学是研究现代冰川、古代冰川、积雪和河、湖、海冰的分布、特征、形成、演变规律及其改造利用的科学;冻土学是研究多年冻土、季节冻土的分布、特征、土冻结-融化过程的性质、形成及改造利用的科学。地球上有20％以上的土地为冰川和多年冻土所覆盖,另有20％的海洋是浮冰的活动范围,而季节性的雪和冻土的分布领域就更加广泛了。     

东北冻土区积雪深度时空变化遥感分析

积雪作为冰冻圈的重要组成部分,对地面有保温作用,在消融时又吸收热量降低地面温度,影响冻土发育,对气候的变化十分敏感。利用微波遥感数据1979-2014年逐日中国雪深长时间序列数据集,采用GIS空间分析和地学统计方法,分析了东北冻土区积雪深度的时空变化规律及其异常变化。结果表明,东北冻土区多年平均雪深为2.92 cm,年平均雪深最高值出现在岛状多年冻土区,最低值出现在季节冻土区。东北冻土区年平均积雪深度变化以减少为主,占区域面积的39.77%,减少速率为0.07 cm·（10a）^-1。东北冻土区年平均积雪深度在1986年发生突变,开始出现减少的趋势,这与气温突变年份较为吻合。受地形和气温变化影响,年平均积雪深度减少的敏感区域主要发生在岛状多年冻土区。气温是影响东北冻土区年平均积雪深度变化最主要的因素,降水量、风速、湿度、日照时数对积雪深度均有影响。季节冻土区积雪深度对气候的敏感性要大于多年冻土区。     

南水北调西线工程通天河—雅砻江调水区若干冻土环境问题研究

调水区多年冻土划分为３个区，冻土面积为１１×１０＾４ｋｍ＾２左右，约占全区面积的７２．４％，受全球气候变化及人类经济活动的影响，区内多年冻土处于退化状态。在全球气候持续变暖的情况下，未来５０ａ内，目前厚度小于１０ｍ的多年冻土和岛状多年冻土将消融殆尽，多年冻土面积将减少约１５％，冻土下界上升１５０－２００ｍ，气候变暖，使得性冻土层变薄，某些地段的多年冻土消失或变为深埋藏多年冻土等，则可降低工程造价，     

中国冻土研究与工程实践三十年

新中国成立后的三十年,是我国冻土研究与工程实践大力开展、冻土学形成与迅速发展的重要时期。 在五十年代里,随着各项基本建设工程的兴建,特别是大兴安岭林业资源的开发和青藏高原公路的修筑,为我国冻土学积累了相当多的资料与建设经验。五十年代末至六十年代中期,铁路、公路、水利、建筑、科研、林     

悼念R.J.E.布朗博士

R.J.E.布朗博士是加拿大著名的冻土学家,在国际冻土学界享有盛名,是我国冻土科学工作者的好朋友。两年前的1980年11月,癌症夺去了他的生命,结识他的中国朋友无不感到悲痛,他的逝世对冻土科学的发展是莫大的损失。     

我国冻土热学理论研究

本文作为庆祝中国科学院兰州冰川冻土研究所建所三十周年的专辑文稿,其回顾冻土热学在我国发展的历程,弘扬成绩,总结经验是完全必要的。然而,时置改革、开放的年代,我们不仅需要在反思中清醒地认识冻土热学研究的状貌,更重要的应面向四化、面向世界和面向未来,明确我国冻土热学研究的任务,发展方向,努力创造中国冻土学的理论体系。根据上述意向,本文关于我国冻土热学研究的进展,不作编年史和清单式的罗列,对其成果水平,不以自身的纵向比较评说,至于新计划的决择,更不采用实用主义和现状的自然延伸。本文拟从当前社会需求出发,着眼于当代科技观念的大趋     

工程地质学中冻土研究的系统与方法

冻土属土质学范畴内的一种“特殊”土类,以地学研究的问题类型和俄罗斯工程地质学理论为基础,利用科学哲学的手段对冻土学研究的问题、系统类型、学科结构、研究任务、科学方法等方面进行了阐述.首先,对冻土进行了重新定义,从冻土的形态多样性入手说明了冻土学的研究对象;其次,提出冻土学中“今日”、“昨日”和“明日”3个问题;再次,针对冻土学研究的系统类型,并结合工程、冻土和环境的动态变化关系,将冻土学研究系统分为冻土-工程系统和冻土-环境系统,并从各个子系统(圈)的动态变化入手深入阐述其相互作用和相互制约的关系;然后,将广义工程地质学的学科结构应用于冻土学,并针对现今冻土学的发展状况,简要地展望了冻土学未来的理论-方法研究任务;最后对冻土学的科学研究方法进行了分类,并在此基础上阐述了冻土学与其他学科的相互联系.