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。     

青藏高原西部区域多年冻土分布模拟及其下限估算

准确评估青藏高原西部多年冻土的空间分布及多年冻土下限深度情况对该区地下水资源利用、生态环境保护有重要意义.本文依托科技基础性工作专项“青藏高原多年冻土本底调查”在该区及周边取得的冻土调查资料,利用遥感数据和扩展地面冻结数模型模拟了该区多年冻土的空间分布,调查区的模拟验证表明该方法有较高的精度.在此基础上,根据有限的地温实测资料建立了地温与位置、高程、坡向和太阳辐射的关系,并根据地温-下限关系估算了该区多年冻土下限深度的分布情况.研究表明,该区有多年冻土约占36.9%,季节冻土占57.5%,多年冻土主要分布在34°N~36.5°N范围的喀喇昆仑、西昆仑一带,季节冻土主要分布在塔里木盆地和34°N以南地区.阿里高原及以南是岛状多年冻土分布区域,其多年冻土分布面积少于此前出版的冻土图所绘制的.青藏高原西部区域的多年冻土下限深度整体表现为由东南-西北逐渐加深.     

青藏高原沙漠化与冻土相互作用的研究

利用青藏高原地表热量平衡和长期地温观测的资料探讨高原沙漠化与冻土的相互作用,发现沙丘下或厚沙层覆盖地段下的地温较邻近天然无沙地表有所升高,而薄沙层覆盖地段下的地温反而比天然无沙地表有降低的趋势。分析造成高原冻土区沙漠化的因素有些与其它沙漠化区相似,但有些因素与高原冻土有关并具有特殊性。高原冻土层与土地沙漠化二者之间相辅相成、相互制约、相互作用、协调演化,构成了目前高原冻土区生态平衡系统。     

黄河源区冻土分布制图及其热稳定性特征模拟

以黄河源区多年冻土分布现状和热力特征为研究目标,通过野外调查及实测数据,分析了黄河源区不同地形地貌、不同地表覆盖条件下的冻土形成、分布特征和以地温为基础的热学特征,探讨了不同尺度因素对多年冻土分布的影响。结果表明,在高程低于4 300 m的平原区,多年冻土多不发育;在高于4 350 m的山区,局地地形对多年冻土的形成与分布作用显著。除阳坡地形外,多年冻土均比较发育;介于4 300~4 350 m的低山丘陵和平原区,局地地形、地表植被、土壤湿度等因素共同决定着多年冻土的形成和分布格局。以年均地温指标为基础,构建了以纬度、经度和高程为自变量的回归模型,并对阳坡地形进行微调和校正。结果表明,以0oC作为划分季节冻土和多年冻土的标准和界限,多年冻土面积2.5×10⁴km²,约占整个源区面积的85.1%;季节冻土面积0.3×10⁴km²,约占整个源区面积的9.7%。进一步以0.5oC或1.0oC为分类间隔绘制了黄河源区多年冻土热稳定性空间分布图。     

青藏高原风沙堆积对多年冻土影响研究进展

受全球气候变化和人类活动影响,青藏高原上的土地沙漠化正呈现加速发展态势。沙漠化产生的风沙堆积势必改变地表辐射和能量平衡状况,对较为敏感和脆弱的多年冻土环境造成影响,并可能影响青藏铁路路基的稳定性。因此,研究积沙对多年冻土的影响对于高原沙害防治、多年冻土保护和道路工程建设都具有重要的理论及现实意义。目前,前人已在青藏高原地表能量平衡研究方面取得了一些成果,并开始关注积沙对冻土温度影响问题。然而,由于已有观测资料的连续性、同步性和可比性等局限,对积沙地表辐射和能量平衡方面的研究还比较薄弱,积沙对冻土温度过程影响的研究结果尚不一致,而积沙对路基影响的问题也亟待开展研究。为此,本文提出了加强定位观测、开展室内低温实验以及数值模拟等建议,以期对今后的深入研究起到抛砖引玉作用。     

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。     

坡向对自然地理环境差异的影响

在高中地理教材人教版中,必修Ⅰ第五章里提到:自然地理环境最低一级组分是各种自然地理要素。不同要素相互作用组成不同的自然地理环境。所以,地域差异在自然地理环境中是普遍存在的。坡向,对自然地理环境差异有着重要影响。一、坡向影响光照及气温以东西走向为主的山脉,其坡向主要为南坡和北坡,自然环境差异明显。1.影响光照由于太阳直射点在南北回归线之间来回移动,使得东西走向的山脉分为阳坡和阴坡。北半球地区,南坡主要为阳坡,日照时数长于北坡阴坡。青藏高原     

坡向和微地形对大型土壤动物空间分布格局的影响

尽管在景观和区域尺度上对土壤动物空间分布格局的研究已较多,但在小尺度上对局部微生境条件如何影响土壤动物多样性及其空间分布格局的研究还很少。以典型温带次生林为研究对象,采用样方法系统调查了林地阴坡和阳坡4个不同地形部位大型土壤动物群落的密度,并测定了不同地形部位的生境条件。采用三因子方差分析和对应分析等方法定量研究了坡向和地形部位对大型土壤动物群落密度的空间分布格局的影响。主要表现在：①在采集到的160个土壤样品中共检测到动物个体4 148个,分别隶属于26个不同的土壤动物类群;②坡向和地形部位对土壤动物的空间分布格局有显著的影响,但不同土壤动物类群对坡向和地形部位的响应模式存在一定的差异,这种差异的形成可能与不同土壤动物类群的生活习性和生物学特征密切相关。其结论是：在小尺度上,林地的坡向和微地形条件主要通过影响局部小生境的生物和非生物因子组合特征而对土壤动物的空间分布格局产生重要影响。     

基于MODIS温度的青藏高原多年冻土活动层厚度变化研究

基于MODIS温度数据,采用TTOP模型和Stefan公式模拟了青藏高原地区的冻土分布并计算了活动层厚度,并与地面观测结果进行了对比。结果表明：2003—2019年青藏高原多年冻土面积为1.01×10⁶ km²;多年冻土活动层厚度区域平均值为1.79 m, 活动层厚度区域平均的变化率为3.67 cm/10a,且草甸地区的变化率明显大于草原地区,5100~5300 m高程带的活动层厚度变化速率最大。     

青藏高原东部发育冰川临界海拔的影响因素研究

基于冰川-气候模型,青藏高原东部的布尔汗布达山北坡、布尔汗布达山南坡、达里加山、拉脊山、贡嘎山东坡、贡嘎山西坡和海子山发育冰川临界海拔与物质平衡线高度的差值(Δh)分别为89 m、85 m、4 m、24 m、16 m、29 m和8 m。研究区5个山体地形、气候和地势的对比分析表明,研究区不同山体间Δh的差异受控于山体平衡线高度（ELA）处的年降水量和ELA以上区域的坡度,布尔汗布达山ELA处极低的降水使得其Δh最大,达里加山ELA处较为丰沛的降水和较为平缓的坡度使得其Δh最小。气候是影响冰川发育最重要的因素,应进一步探寻气候波动下山体发育冰川临界海拔的变化规律。     

近30年来青藏高原西大滩多年冻土变化

结合1975年已有勘探资料,对青藏高原多年冻土北界西大滩进行了雷达勘探。勘探发现,近30年来青藏高原多年冻土北界发生较大规模的多年冻土退化,多年冻土面积从1975年的160.5 km²退化成现在的141.0 km²,缩小约12%;开始出现多年冻土的最低高程为4 385 m,比1975年升高了25 m。近30年来研究区的气候变化是造成北界多年冻土退化的主要原因。相同气候背景下,多年冻土腹部地温有升高,但在30年尺度上不会发生明显的退化。本次冻土区域调查的结果可为检验冻土－气候关系模型的可靠与否提供依据。     

青藏工程走廊多年冻土段植被覆盖度动态快速测量方法研究

植被盖度的变化动态可以在一定程度上反映气候环境的变化,是表征生态环境变化特征的一个直接的主导性指标, 对其测量的准确性可以在很大程度上影响对生态环境变化预报的精度。本研究利用普通照相法结合数字图像处理技术对青藏铁路和青藏公路沿线多年冻土段高寒植被的盖度进行调查研究, 并与传统的目估法、目视解译法进行了对比, 在此基础上对青藏工程走廊多年冻土段植被盖度进行简单评估。结果表明, 无论是青藏铁路沿线还是青藏公路沿线, 用模型处理法和目视解译法得到的植被盖度结果之间相关系数都最高,分别为R2=0.96和R2=0.97;比较结果表明, 用模型处理法比用简单目测法获得的植被盖度更接近实际覆盖度, 说明模型处理法适合应用于青藏工程走廊多年冻土段植被覆盖度动态快速测量。     

Analysis of the Cooling Mechanism of a Crushed Rock Embankment in Warm and Lower Temperature Permafrost Regions along the Qinghai-Tibet Railway

Based on data monitored in situ and theoretical analysis,the characteristics of the temperature field and mechanism of thermal conduction of a crushed rock embankment were studied along the Qinghai-Tibet Railway.The results of experi-ments in the field revealed that the cooling effect of a crushed rock embankment is influenced mainly by the natural con-vection in winter and shield effect in summer,the ventilation of crushed rocks,and the ground temperature regime be-neath the embankment.Consequently,these three factors should be taken into account in numerical simulations,but it is as a result of natural convection only.     

Characteristics and changes of permafrost along the engineering corridor of National Highway 214 in the eastern Qinghai-Tibet Plateau

Due to a series of linear projects built along National Highway 214, the second "Permafrost Engineering Corridor" on the Qinghai-Tibet Plateau has formed. In this paper, by overcoming the problems of data decentralization and standard inconsistency, permafrost characteristics and changes along the engineering corridor are systematically summarized based on the survey and monitoring data. The results show that: 1) Being controlled by elevation, the permafrost is distributed in flake discontinuity with mountains as the center along the line. The total length of the road section in permafrost regions is 365 km, of which the total length of the permafrost section of National Highway 214 is 216.7 km, and the total length of the permafrost section of Gong-Yu Expressway is 197.3 km. The mean annual ground temperature (MAGT) is higher than -1.5 °C, and permafrost with MAGT lower than -1.5 °C is only distributed in the sections at Bayan Har Mountain and E'la Mountain. There are obvious differences in the distribution of ground ice in the different sections along the engineering corridor. The sections with high ice content are mainly located in Zuimatan, Duogerong Plain and the top of north and south slope of Bayan Har Mountain. The permafrost thickness is controlled by the ground temperature, and permafrost thickness increases with the decrease of the ground temperature, with the change rate of about 37 m/°C. 2) Local factors (topography, landform, vegetation and lithology) affect the degradation process of permafrost, and then affect the distribution, ground temperature, thickness and ice content of permafrost. Asphalt pavement has greatly changed the heat exchange balance of the original ground, resulting in serious degradation of the permafrost. Due to the influence of roadbed direction trend, the phenomenon of shady-sunny slope is very significant in most sections along the line. The warming range of permafrost under the roadbed is gradually smaller with the increase of depth, so the thawing settlement of the shallow section with high ice-content permafrost is more significant.     

未来气候变暖情形下青藏高原多年冻土分布初探

基于未来温室气体中等排放情景下气候模式给出的气候预测结果的高分辨率降尺度分析结果,运用两种方法(年均温法和高程模型法)模拟了1980-1999,2030-2049和2080-2099年3个时段青藏高原多年冻土分布.结果表明,以年均地温-1℃作为多年冻土划分依据的年均温法模拟的目前(1980-1999年)高原多年冻土面积为127.99万km2,与世界数据中心给出的青藏高原现代多年冻土面积为129.12万km2的估算接近(误差率仅为0.86%);到本世纪中期(2030-2049年),高原多年冻土面积减少为87.26万km2,退化率达到31.82%;而到本世纪末(2080-2099年),高原多年冻土面积只有69.25万km2,较目前将退化45.89%.不同高度带的对比分析还发现,与高原及其邻近地区年均气温的升高一般随海拔高度而增加的趋势相反,未来高原多年冻土的退化率将随着海拔高度增加而降低.在全球变暖过程中的冻土退化,特别是高原东南部冻土向西北部的逐步退缩,对高原冻土区工程稳定性的影响应引起我们的足够重视.     

Mountain permafrost distribution modeling using Multivariate Adaptive Regression Spline (MARS) in the Wenquan area over the Qinghai-Tibet Plateau

In high mountainous areas, the development and distribution of alpine permafrost is greatly affected by macro- and micro-topographic factors. The effects of latitude, altitude, slope, and aspect on the distribution of permafrost were studied to understand the distribution patterns of permafrost in Wenquan on the Qinghai-Tibet Plateau. Cluster and correlation analysis were performed based on 30 m Global Digital Elevation Model (GDEM) data and field data obtained using geophysical exploration and borehole drilling methods. A Multivariate Adaptive Regression Spline model (MARS) was developed to simulate permafrost spatial distribution over the studied area. A validation was followed by comparing to 201 geophysical exploration sites, as well as by comparing to two other models, i.e., a binary logistic regression model and the Mean Annual Ground Temperature model (MAGT). The MARS model provides a better simulation than the other two models. Besides the control effect of elevation on permafrost distribution, the MARS model also takes into account the impact of direct solar radiation on permafrost distribution.