全球变暖背景下新疆地区近45 a来最大冻土深度变化及其突变分析

利用覆盖新疆大部分地区资料完整的93个站点资料,对1961-2005年新疆地区最大冻土深度进行了分析. 结果表明：新疆地区月最大冻土深度有明显的季节变化,低海拔区域(海拔<1 800 m)最大值出现在1月份,而高海拔区域(海拔≥1 800 m)的最大值出现在2月份,比低海拔区域要滞后. 新疆地区最大冻土深度的地理分布特征表现为北疆深于南疆,山区深于平原,且与气温的分布有很好的一致性. 全年和冬、春季最大冻土深度与气温场的空间相关系数分别为-0.795、-0.736和-0.848. 年际变化表明,近45 a来的最大冻土深度出现了较为明显的下降. 高海拔区域与低海拔区域年最大冻土深度的倾向率分别为-15.65 cm·(10a)^-1和-9.48 cm·(10a)^-1,且与气温的相关系数分别为-0.51和-0.69,均通过了0.001的信度检验. 同时发现,高海拔区域冬季下降多,而低海拔区域春季下降多. 新疆地区年最大冻土深度在近45 a有明显的突变现象,高海拔区域和低海拔区域突变发生年份分别为1996/1997年度和1978/1979年度,说明新疆地区高海拔区域的年最大冻土深度对气温变化的响应比低海拔区域要滞后. 突变年后高海拔区域与低海拔区域年最大冻土深度比突变年前的平均值分别降低了61.12 cm和26.67 cm.     

新疆伊犁地区季节冻土沿海拔的分布规律及其影响因素

基于2000 - 2014年新疆伊犁地区不同海拔区域观测的冻融期内的冻土、 积雪和气象数据, 应用相关性分析和回归分析方法, 分析该地区季节冻土沿海拔的分布规律, 以及气温、 积雪对季节冻土特征的影响。结果表明： 伊犁地区表层土壤存在着每年11月份开始结冻, 于次年4月份完全融化的周期性变化。每个周期内土壤冻结时长随海拔以4 d·（100m）^-1的趋势增加, 土壤最大冻结深度随海拔以3.9 cm·（100m）^-1的趋势增加。土壤冻结时长与冻结期的平均气温具有显著负相关关系, 相关系数为-0.98（P<0.05）。土壤冻结日数与积雪覆盖历时呈正相关关系, 土壤的最大冻结深度与最大雪深呈负相关关系。随着海拔升高, 温度递减, 导致伊犁地区土壤最大冻结深度和土壤冻结日数整体呈现增加趋势。但在海拔相对较高的地区, 由于相对较厚积雪的影响, 出现土壤最大冻结深度随海拔升高而减小的反常现象。研究结果可为新疆伊犁地区季节冻土的分布对气候变化的响应研究提供支持, 帮助研究区域生态规划和水资源管理, 为农业发展制定适应气候变化对策。     

阿尼玛卿山不同海拔祁连圆柏树轮宽度年表特征对比分析

利用阿尼玛卿山地同一坡面的不同海拔高度获取的4组树木年轮样本,建立了不同海拔梯度的树轮宽度指数年表.各年表中较高的信噪比SNR和样本总体解释量EPS表明,各采样点树木中含有较多的共同环境信息,从低海拔向高海拔的递减反映了高海拔小生境差异对树木生长影响较大;平均敏感度和标准差随海拔升高呈先递减后递增的趋势.气候因子对整个坡面的树木生长起着主导影响,其中气温的作用更大一些.可靠年表的平均序列长度随海拔升高变短,表明树木生长是沿着山坡逐渐向上迁移的.不同海拔树轮宽度可靠年表间高频变化一致,10 a滑动的高生长和低生长的不一致则反映了低频变化的差异.相关分析表明,生长在森林上限的树木对环境因子的响应滞后于森林下限,生长在最大降水高度附近的树木对环境因子响应的敏感性最低.     

辽宁朝阳地区季节冻土最大冻土深度和持续冻结时间与气候变化的响应研究

利用辽宁省朝阳市气象站1960-2015年的最大季节冻土深度、最长连续冻结时间的起始日和终止日数据,采用小波分析方法对朝阳地区季节性冻土的年际变化特征进行分析,并探讨影响季节性冻土发育的影响因素。结果表明：朝阳地区最大冻土冻结深度存在4种尺度上的周期震荡,其周期分别为23~32 a、16~22 a、10~15 a和4~9 a。冻土年际变化的转折期发生在20世纪90年代初,表明朝阳市冬季气候转暖的时间段也发生在90年代初。通过对气温与季节性冻土冻结深度以及冻结时间的相关性分析,得出气候变暖对朝阳市季节冻土影响显著,冬季平均气温和冬季最低气温是影响朝阳市季节冻土发育的重要因素,其中冬季气温日较差对其影响尤为明显。冬季最低气温与冻土主冻期时间关系最为密切,而影响主冻期结束时间的热力因子为冬季平均最高气温。     

青藏高原季节性冻土的时空分布特征

利用青藏高原72个气象台站的冬季逐日冻结深度资料, 采用动力学Q指数和小波分析方法, 研究了青藏高原季节性冻土的时空变化特征. 结果发现: 青藏高原季节性冻土各站点相互间的动力学Q指数在高原大部分地区都比较小, 仅在高原南部部分站点值较大, 表明在高原上总体来说季节性冻土的动力学结构是一致的. 各站季节性冻土1980年代前后的Q指数在高原主体也都比较小, 只是在高原东南部和柴达木盆地的部分地区Q指数较大, 表明在高原大部分地区季节性冻土变化的动力学结构特征没有发生突变. 青藏高原季节性冻土总体上呈现下降趋势, 在20世纪80年代中期有一次均值突变, 突变以前的冬季平均冻结深度在93 cm左右, 突变以后的冬季平均冻结深度下降了10 cm左右. 高原季节性冻土冬季平均深度有准4 a的周期变化.     

吉林省季节冻土冻结深度变化及对气候的响应

为了掌握季节冻土冻结深度的变化对气候的响应,利用1961-2015年吉林省46个气象站的逐日平均气温、地表温度、积雪深度、冻土冻结深度等数据,采用线性倾向估计、突变分析等方法,研究了吉林省季节冻土冻结深度的时空演变规律及其与气温、积雪的关系。结果表明：吉林省季节冻土最大冻结深度呈由西向东逐渐减小的空间分布特征,绝大多数站最大冻结深度呈减小趋势。基本上在10月开始冻结,次年3月达到最深,6月完全融化。西部冻土冻结深度变幅较大,其次是中部,东部最小。1961-2015年季节冻土最大冻结深度以-5.8 cm·（10a）^-1的速率显著减小（P<0.01）。最大冻结深度基本上呈逐年代减小的趋势,从20世纪90年代开始,最大冻结深度明显减小。最大冻结深度在1987年发生了突变,突变后平均最大冻结深度比突变前平均最大冻结深度减小了22.2 cm。通过分析气温和积雪深度对冻结深度的影响,认为冻土冻结深度对气温变化较为敏感,绝大多数站最大冻结深度与平均气温呈负相关关系。在年际变化上,气温的上升是最大冻结深度减小的主要原因。在季节冻土稳定冻结期,积雪深度超过10 cm,保温作用逐渐变强;当积雪深度达到20 cm时,保温作用显著,冻土冻结深度变浅。     

新疆阿勒泰地区积雪变化特征及其对冻土的影响

依据新疆阿勒泰地区气象台站观测的1961-2011年最大积雪深度、 积雪日数资料与安装在库威水文站的雪特性站观测的积雪密度资料, 讨论了新疆阿勒泰地区积雪的变化特征. 结果表明: 阿勒泰地区近50 a来最大积雪深度变化均呈显著增加的趋势, 且西部最大积雪深增加趋势大于东部. 积雪日数变化较为复杂, 在空间分布上有差异, 位于最东面的富蕴和青河50 a来积雪日数呈减少趋势, 其余各站均为增加趋势, 且东部历年平均积雪日数略高于西部, 积雪日数的增加趋势比最大积雪深度增长得平缓. 2011年8月-2012年9月在阿勒泰额尔齐斯河上游库威水文站架设的雪特性站观测资料表明, 在额尔齐斯河源头高山区冬季积雪主要是空心化的密实化过程, 升华可能是其主要的物质损失过程, 引起升华的主要气象要素是气温、 风速和水汽压. 各站月最大冻结深度与海拔关系较为密切, 随海拔的增加而增大. 积雪20 cm厚是积雪对下伏土壤冻结影响的一个界限, 积雪厚度超过20 cm就有一定的保温作用; 积雪超过40 cm时, 气温变化对下伏土壤冻结的影响保持稳定, 冻结深度也达到稳定值; 但当积雪厚度超过70 cm之后, 冻结深度会再次发生变化, 可能是由于地温从下向上的影响或地温不能与气温交换而产生的又一次变化.     

1980-2017年青海省玉树地区季节冻土变化对气候变暖的响应

利用玉树地区5个气象台站1980-2017年逐月温度和最大冻土深度资料,采用线性趋势、相关及主成分分析等统计方法,对玉树地区最大季节冻土深度在气候变暖背景下的变化规律进行了详细探讨,在分析冻土深度与气温及地表温度变化关系的基础上给出最大冻土深度对温度变化的响应模型。结果表明：1980-2017年玉树地区最大冻土深度以10 cm·（10a）^-1速率呈显著下降趋势,年代际间变化则表现出“减-增-减-增”波动特征,年内对温度变化的响应在时间上存在一定滞后性;最大冻土深度空间分布呈“西北高、东南低”且具有明显的垂直地带性分布;温度变化对局地季节性冻土的影响有一定差异性,除平均最高地温外其余各温度因子与最大冻土深度变化具有良好的一致性,对冻土影响最大的是平均地温,其次为平均最低气温和平均气温,季节性冻土对气温变暖的响应呈现为退化状态。最大冻土深度变化的温度影响因子主成分回归表明,近年来气温和地温的显著升高是玉树地区冻土退化的最大驱动力,响应模型对估算玉树地区未来最大冻土深度的变化具有较高的可信度。     

建立高海拔矿山测量控制网的思路

受海拔高、空气稀薄、气候无常、高差较大等自然条件的影响,高海拔地区进行测量作业与低海拔地区有很大差别。根据高海拔地区矿山特点,结合多年矿山控制测量、特别是高海拔矿山控制测量经验,讨论在高海拔地区矿山因地制宜地建立测量控制网的方法。     

基于GIS的湖南雨凇分布与地形因子关系分析

利用湖南省97个气象站雨凇观测资料,分析了湖南雨凇地理分布特征. 结果表明：湘南属于湖南雨凇多发区,平均雨凇日数多于湘北;湘南雨凇分布特征与山地走向一致,沿雪峰山脉呈西南-东北走向的迎风坡与沿南岭北侧的迎风坡各有一高值区;湘北平均雨凇日数2 d左右,其中,湖区平原明显多于湘北山区.结合1∶50 000湖南省DEM数据,探讨了地形高程、坡度坡向、纬度等地形因子对湖南雨凇形成的作用.在海拔200 m以下,高程的变化对雨凇影响不明显;在海拔200~1 000 m,雨凇日数随高程上升而增多;海拔高于1 000 m,雨淞日数明显多于低海拔台站. 坡向对湖南平均雨凇日数的变异有一定影响,但是坡度的影响并不显著;随着纬度的变化,湖南平均雨凇日数南北差异明显.     

新疆天山西部巩乃斯河谷积雪与森林/草地 覆盖条件下季节冻土特征分析

不同的覆盖条件下,季节冻土的特征会存在差异。为了分析积雪与森林/草地覆盖条件下季节冻土的特征,在新疆天山西部巩乃斯河上游的中国科学院天山积雪雪崩研究站的实验场地监测了森林-积雪,草地-积雪,以及草地覆盖条件下季节冻土的冻结深度,并对有无积雪覆盖条件下季节冻土发育过程中的土壤温度和土壤含水量进行了跟踪测量。结果表明：森林-积雪覆盖条件下季节冻土的冻结深度最浅,草地-积雪覆盖条件下次之,草地覆盖条件下最深。积雪的存在可以改变季节冻土的冻结深度,还会影响土壤温度和土壤含水量变化。在季节冻土的发育阶段,积雪的隔热作用使得有积雪覆盖条件下土壤温度和土壤含水量较高;在积雪消融阶段,由于积雪融水的补给,土壤含水量也相应地增加,积雪消失后由于蒸发的存在导致土壤含水量减少。     

季节冻土区黑土耕层土壤冻融过程及水分变化

利用黑龙江省水利科学研究院水利试验研究中心综合实验观测场2011年11月-2012年4月整个冻结融化期的实测野外黑土耕层土壤温度和水分数据, 对中-深季节冻土区黑土耕层土壤冻融过程中冻结和融化特征分阴、阳坡进行了分析, 研究了冻融过程中不同深度土壤水分的变化情况, 并探讨了降水对不同深度耕层土壤含水量变化的影响. 结果表明:黑土耕层土壤冻结融化过程分为5个阶段, 历时164 d, 约5.5个月. 阶段I, 秋末冬初黑土耕层土壤开始步入冻结期; 阶段II, 黑土耕层土壤整日处于冻结状态, 阴坡比同样深度的阳坡土壤温度低; 阶段III为黑土耕层土壤稳定冻结期; 阶段IV, 黑土耕层土壤步入昼融夜冻的日循环交替状态, 冻融循环的土层逐渐向深部发展, 阳坡比阴坡融化得更深、更早, 阴坡比阳坡经历冻融循环次数更多; 阶段V为稳定融化期, 在融化过程不存在冻融交替的现象, 直到整个冻层内的土壤全部消融. 各深度位置阴坡土壤温度的最高值出现时间比阳坡晚约0.5 h. 经过整个冻结融化期后, 阴、阳坡各层土壤含水量均大于冻结前, 阴坡土壤含水量比阳坡整体偏低. 在整个冻结融化期, 阳坡地下1 cm、5 cm、10 cm 及15 cm处含水量最大值出现在地下5 cm; 阴坡的含水量整体趋于平稳且在融化期受降水影响明显.     

季节性冻土区人工盐化路基冻胀模型试验

以青藏铁路西格段季节性冻土区路基冻害为研究背景,在室内分普通和盐化两个试验段填筑路基实体模型,进行封闭系统中反复冻融循环条件下的模型试验,分析冻融循环条件下普通路基和人工盐化路基的温度和位移规律,并探讨水分、盐分的迁移规律。结果表明:路基土体温度与环境温度变化趋势一致,路基土体的温度滞后于环境温度约36 h;越靠近冷端的位置,温度波动范围越大,温度随着深度的增加逐渐减小,温差也随之减小,路基土体温度的波动范围约为环境温度波动的一半;温度是影响水分迁移的主要因素,水分迁移在路基顶面以下一定的范围内达到最大,越靠近冷端,水分迁移量越大;路基土盐化之后冻胀量减小约73.9%,说明人工盐化路基土的方法可以整治季节性冻土区路基冻害。     

辽西地区风积土冻融特征的试验研究

针对辽西地区的风积土进行了单向冻结试验,研究了土样在冻结过程中的温度变化规律和温度梯度对冻胀的影响;分别针对封闭系统和开敞系统进行了有外加荷载和无外加荷载作用下的冻融试验,对在一定温度条件下荷载和水分对风积土冻融性质的影响进行了试验研究,获得了温度、外荷载和水分对冻融影响及其冻融演变规律。研究结果表明,温度和温度梯度是影响土体冻胀的主要因素,而外荷载主要对融沉的演化过程和最终冻胀量产生影响,水分的迁移则主要对冻胀的演化过程产生影响。     

冻融循环作用下土工袋冻胀量和融沉量试验

为研究季节性冻土地区冻融循环作用下土工袋防冻融、冻胀效果,对不同冻融循环作用下土工袋和土进行了室内模型试验,在开放系统和封闭系统中分别研究了土工袋和土冻胀量、融沉量之间关系,试验结果表明,经历4次冻融循环作用后,封闭系统中土工袋冻胀量、融沉量分别小于土的冻胀量、融沉量;开放系统中土的冻胀量为土工袋冻胀量的1.9倍,土的融沉量为土工袋融沉量的2.2倍,开放系统中地下水对土工袋的补给量远小于土的补给量,试验验证了土工袋可以有效防止渠道及建筑物基础冻融、冻胀破坏,可为渠道防冻胀提供理论基础。     

祁连山区黑河流域季节冻土时空变化研究

季节冻土的时空变化对地—气水热交换、地表能量平衡、地表水文过程、生态系统及碳循环等有着非常重要的影响.利用黑河流域11个气象站40多年的气温数据和5 cm深度处的土壤温度数据,建立了月平均气温与土壤冻结天数之间的关系.同时应用月平均气温与冻结天数的相关关系和5 km网格化月平均气温及30 m分辨率的DEM数据,编制了黑河流域逐月季节冻土分布图,并按其空间分布特征,将逐月地表冻融状态划分为:完全冻结、不完全冻结和不冻结3种.系统研究了黑河流域2000-2009年逐月季节冻土分布及冻结概率的时空变化特征.在季节分配上,黑河流域完全冻结面积最大值出现在1月;不完全冻结面积最大值在11月;而不冻结面积最大值在6月和7月.在年际变化上,完全冻结状态的离差值在冷季变化大,暖季变化小;不完全冻结状态在一年的回暖期和降温初期,年际变化较大;不冻结状态分别在4月和10月变化较大.冻结概率在1月达到最大值,6月和7月降低到最小值.在空间分布上,黑河流域季节冻土的逐月分布与变化和冻结概率主要受海拔高度控制,纬度的影响次之.