青藏铁路沿线地表融冻指数的计算分析

利用青藏高原地表温度观测资料, 计算了青藏铁路沿线地表融化和冻结指数, 并分析其变化特征和发展趋势. 结果表明: 在平均气候状况下, 青藏高原暖/冷季地表温度和融化/冻结指数的分布主要受地理纬度和海拔高度的影响;太阳辐射的纬度效应叠加在气温的海拔递减作用上, 形成了青藏铁路沿线地表的融化/冻结特征分布. 青藏铁路沿线各站地表气温的融化/冻结指数与地表的融化/冻结指数有较好的换算关系, 各站的n系数比较稳定, 标准偏差和变异系数都比较小. 1980-2005年平均的五道梁地区的融冻比为0.8, 沱沱河地区的融冻比为1.0;但从青藏铁路沿线地表融化/冻结指数的长期变化趋势来看, 融冻比目前处于近50 a的较低水平, 存在有缓慢的、清楚的波动上升趋势. 近10 a的线性变化趋势约为14 ℃·d·a-1, 对处于弱的冻结平衡边缘的冻土路基的安全稳定是一个明显的、重要的威胁.     

年平均气温临界值——设计青藏高原多年冻土区路堤临界高度的一个重要因素

根据青藏公路和青藏铁路多年的研究实践,对青藏高原多年冻土区路堤的临界高度进行了分析和讨论. 在青藏高原多年冻土区,由于各地年平均气温不相同,因而各地空气的融化指数和冻结指数不相同. 在同一地区,路堤表面材料特性不同,其表面的融化指数和冻结指数也就不同. 如果在某一地区,路堤表面的融化指数和冻结指数相等,则该地路堤的融化深度和冻结深度也应相等(忽略路堤及基底土体融化状态和冻结状态下导热系数的差异). 在这种情况下,该路堤临界高度等于路堤融化(冻结)深度减去天然上限埋深, 该地区的年平均气温即该路堤临界高度的年平均气温临界值. 对于一定表面特性的路堤,当某地区年平均气温高于临界值时,则该地区不存在路堤临界高度;只有当年平均气温低于临界值时,路堤临界高度才存在,且随年平均气温的降低,临界路堤高度减小. 在此基础上,提出了无临界路堤高度地区路堤的设计原则,以及保持路堤下多年冻土上限不变的工程措施.     

冻土路基表面的融化指数与冻结指数

在冻土层之上筑路，由于会改变地-气界面的热物理特性，进而影响冻土层的热力→动力稳定性，故而修筑一定高度的路基成为保护冻土层所采取的一种常规措施．在修筑路基之后，与路基边坡的朝向有关的热效应是冻土路基工程保护措施必须考虑的问题．在数理分析与数值模拟分析的基础上，给出了可根据气温的年最大和最小月平均值计算路基表面的融化指数与冻结指数以及有关热状况参数的方法，并以青藏铁路北麓河段2002年为例进行了计算分析．实例分析表明，即便是没有修筑道路，北麓河地区的冻土也已经处于临界状态；路基相对的两个坡面，由于朝向不同会造成温度分布的强非均匀性，其中南和偏南方向与北和偏北方向的路基坡面热状况差异最大，有必要对路基相对的两个坡面采用不同的防护措施，一方面改善就地取土修筑路基对其下伏冻土层的直接不良影响，同时也尽可能减小路基表面温度分布的非均匀性，以避免纵向裂缝的发生。     

青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式(II):无云大气条件下模拟试验结果分析

冻土层的变化与地-气交接面的能量交换过程有直接的联系.地-气交接面的能量交换过程包含了辐射、对流、热传导三种最基本的热物理过程.利用以此为基础建立的青藏铁路沿线地表和路基表面热力学数值模式(RSTM), 将安多站的实测资料作为模式输入, 针对梯形路基与边坡朝向和坡度有关的坡面温度变化及两侧坡面温差变化的问题, 对无云大气条件下不同坡度和坡向的表面温度变化特征进行了模拟分析.结果表明, 对于就地取土修筑的路基而言, 安多段路基上表面温度在各季节都高于气温, 在夏季具有明显的高表面温度值, 尽管在夏季任何坡度和坡向的路基坡面都具有冷却效应, 但路基仍处于高温状态; 冬季路基上表面温度虽略低于0 ℃, 但路基偏南方向坡面的强烈增温效应, 使南坡表面温度远远超过冻土融化温度的临界状态, 而路基两侧坡面热效应的相反作用, 通过影响冻土层的冻融过程, 可能引起路基纵向裂缝的发生.因此, 对冻土路基采取有效的防护措施是非常必要的.用实测资料进行的检验表明, RSTM具有良好的模拟性能, 对不同防护措施下青藏铁路路基热状况的预测具有良好的应用前景.     

内蒙古大兴安岭生态功能区冷暖季节气候变化趋势分析

利用内蒙古大兴安岭生态功能区8个站点近30a的日气温数据分析了该地区年冻融指数变化趋势。结果表明：该生态功能区融化指数呈显著上升趋势,冻结指数波动变化但不显著;年>0℃天数呈增加趋势,<0℃天数则减少,都未达到显著水平;暖季日平均融化指数显著上升,冷季日平均冻结指数也呈增加趋势,其中2站点达显著水平,表明该地区暖季越暖,冷季亦变冷,气候呈两极化趋势;>0℃生长季初日全部提前,其中62.5%的站点达到显著水平,多数站点生长季推后,但只有1个站点达到显著水平,表明生长季延长初日提前贡献较大。     

青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式（Ⅱ）：无云大气条件下模拟试验结果分析

冻土层的变化与地-气交接面的能量交换过程有直接的联系，地-气交接面的能量交换过程包含了辐射、对流、热传导三种最基本的热物理过程，利用以此为基础建立的青藏铁路沿线地表和路基表面热力学数值模式(RSTM)，将安多站的实测资料作为模式输入，针对梯形路基与边坡朝向和坡度有关的坡面温度变化及两侧坡面温差变化的问题，对无云大气条件下不同坡度和坡向的表面温度变化特征进行了模拟分析，结果表明，对于就地取土修筑的路基而言，安多段路基上表面温度在各季节都高于气温。在夏季具有明显的高表面温度值，尽管在夏季任何坡度和坡向的路基坡面都具有冷却效应，但路基仍处于高温状态；冬季路基上表面温度虽略低于0℃，但路基偏南方向坡面的强烈增温效应，使南坡表面温度远远超过冻土融化温度的临界状态，而路基两侧坡面热效应的相反作用，通过影响冻土层的冻融过程，可能引起路基纵向裂缝的发生。因此，对冻土路基采取有效的防护措施是非常必要的，用实测资料进行的检验表明，RSTM具有良好的模拟性能，对不同防护措施下青藏铁路路基热状况的预测具有良好的应用前景。     

近40年来烟台地区气温与降水量变化的关系研究

利用烟台地区1960～1999年的气象资料.分析了近40年来该区气温与降水之间的关系.结果表明,从20世纪60年代至90年代,气温呈上升趋势,而全年、夏季、秋季降水量则随温度上升而减少,二者之间表现出显著线性相关.春季降水与气温相关性不明显,二者不迭显著水平.冬季降水量与冬季平均气温之间相关性显著,降水随温度升高而增加,可用二次多项式回归方程量化表示.这样,该区气温状况如何,为预测未来降水趋势提供了信息,对合理利用本地气候资源具有实际意义.     

长江源沱沱河区45a来的气候变化特征

利用1959—2003年长江源区沱沱河气象站气温、降水、积雪等地面观测资料,对年代际的气候变化特征及其影响进行了分析.结果表明:该区域45 a来夏季增温比较明显.20世纪90年代四季平均气温、平均最高和平均最低气温比最冷的80(或60)年代偏高0.6~1.2℃;降水量(含积雪量)冬季呈增加的趋势,夏季呈减少的趋势,秋、春季降水量增加而积雪量减少;年大风日数80—90年代较60—70年代偏多.80年代是夏季温度升高、降水减少、大风日数增多的暖干气候背景,90年代以来继续加剧,并逐步扩展到春、秋季节,使得该区域的草场退化、冰川和冻土消融加快、湿地资源减少、生态环境恶化.     

1957—2006年河西走廊中部气候变化对水资源的影响

利用河西走廊中部1957—2006年6个气象站的气候资料,对气温、降水的变化特征以及由此引起的水资源的变化进行统计分析.结果表明:年平均气温整体以0.40℃.(10a)-1的速率上升,气温偏高主要是在冬季,春、夏季变化幅度不大.降水量的变化以2.81mm.(10a)-1的速度在递增,1980年代末至1990年代前期降水量出现下降,1990年代后期又开始缓慢增加.气温升高、降水量的增加、蒸发量的减少,意味着该地区气候由暖干向暖湿转变.水资源总量、河川径流量呈缓慢上升趋势,与降水量的变化具有一致性.     

1981-2010年黑河流域中下游对流层大气比湿变化

利用黑河流域4个探空站不同等压面的大气温度及露点差序列,分析1981-2010年区域对流层大气比湿垂直廓线的气候特征、年均比湿和季节平均比湿的年际及年代际变化,以及季节对年均比湿年代际变化趋势的贡献.研究表明,水汽主要集中在对流层中低层,比湿极大值均出现在夏季,其平均比湿仅为全国平均比湿的0.4~0.77,200hPa等压面比湿与全国平均比湿接近,季节变化微弱.除夏季700hPa等压面比湿上升外,年均比湿与季节比湿呈下降趋势,且沿廓线向上年均比湿与季节平均比湿的相对下降速率逐渐增大.典型等压面700hPa、500hPa和200hPa年均比湿和季节平均比湿先增大后减小,以1980年代中期和2002年为界经历了"干-湿-干"过程,30年来比湿极大值出现在2002年,其变化幅度随高度的增加而减弱.冬季平均比湿距平变化最为平稳,夏季比湿波动最大.区域1990年代比湿整体增加,但2000年代则相反,且比湿减小幅度是1980年代比湿增幅的10倍,1990年代的5倍.1980年代年均比湿增大主要通过秋季来贡献;1990年代的年均比湿增大通过夏秋季贡献;2000年代比湿大幅下降仍以夏季贡献最大,秋季贡献统计上最明显.