兰州马衔山多年冻土特征及变化趋势分析

马衔山是目前黄土高原地区唯一证实有多年冻土发育的山脉.残存的多年冻土被誉为黄土高原地区多年冻土的"活化石".近20a来马衔山多年冻土发生了明显的退化,目前仅在小湖滩有岛状多年冻土残存,属于典型的高温多年冻土,1990年代初在其它区域发现的零星多年冻土已经基本消失.马衔山岛状多年冻土地温从10～16m的-0.2℃向上和向下升高,地温梯度±0.01℃·m-1左右,相比1990年代初,多年冻土地温上升了0.1～0.2℃,年升温率为0.006～0.012℃·a-1,小于青藏高原高温多年冻土平均升温速率.马衔山多年冻土最大厚度约40m,正在发生着上引式和下引式退化,而岛状冻土边缘区域侧引式退化起主导作用.马衔山多年冻土发育有丰富的地下分凝冰,根据地下冰发育特征和埋藏有机质层14C测试资料分析,马衔山多年冻土在新冰期形成后发生过多次地表重复堆积,共生共长作用是地下冰形成的重要原因.丰富的地下冰和厚层有机质层的保护作用,以及区域寒冷的微气候环境,应该是马衔山多年冻土残存的主要原因.     

兰州马衔山多年冻土区地表能量平衡特征分析

利用兰州马衔山多年冻土区2010年7月1日到2011年6月30日的气象资料, 采用气象梯度法计算了该地区的感热通量和潜热通量, 结合净辐射分析了该地区的地表能量平衡特征.结果表明: 马衔山多年冻土区净辐射呈现明显的年变化特征, 净辐射值较青藏高原西大滩地区略大, 而较唐古拉地区小; 净辐射冬春季主要转化为感热, 而夏秋季主要转化为潜热, 这一特点与青藏高原唐古拉和西大滩地区类似; 潜热年平均值略大于感热年平均值, 这与马衔山多年冻土区沼泽湿地的保护作用及充足的水分条件有关.此外, 地下冰的存在有效地保护了该地区的多年冻土.     

兰州马衔山发现多年冻土

1985年10月上旬,我们对兰州马衔山再次进行野外考察,结果在海拔3630m高度的阴坡首次发现多年冻土。这一发现不仅使该区有无多年冻土这一问题得到解决并且对黄土高原环境变迁的研究具有重要的科学价值。 马衔山是兰州市区以南40km的最高山地,地处北纬35°45′,东经103°45′—104°00′,走向西北,长约30km,峰顶海拔3670.3m,是黄土高原唯一超过3600m的高山。山体由坚硬的震旦系片麻岩和大理岩构成,基岩裸露,块石遍布,局部地段第四系松散层厚达3—4m,但山顶平缓而浑圆,为一高山夷平面。山顶年平均气温为-3.2℃,全年有7个月平均气温在0℃以下,气温年较差22.3℃,极端最低气温可达-25.8℃。年降水量为494.1mm,气温比较寒冷而湿润。山顶夷平面上石海、冻胀拔     

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。     

马衔山多年冻土与季节冻土区土壤微生物量及酶活性的季节动态

为了研究马衔山多年冻土区和非多年冻土区土壤微生物碳氮、土壤酶活性的差异,选取多年冻土区、季节冻土区和交界区为对象,分析了0~30 cm土层微生物碳氮和转化酶、脲酶、中性磷酸酶、淀粉酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶酶活性不同季节的变化特征。结果表明：全氮、总有机碳、微生物量碳氮与多数土壤酶之间呈显著相关关系。在不同区域,土壤微生物碳氮均在0~10 cm含量最高,10~20 cm次之,20~30 cm最低。土壤微生物碳氮在生长季表现为含量逐渐增加,但是多年冻土区与季节冻土区差异不大。土壤酶活性在深度方面表现与微生物碳氮含量变化一致。土壤酶并无的季节变化规律。在多年冻土区,转化酶、多酚氧化酶和磷酸酶活性明显高于非多年冻土区。本研究表明,尽管多年冻土区的植被和土壤总有机碳明显高于非多年冻土区,其土壤微生物碳氮含量相当,且一些土壤酶活性也相当。说明非多年冻土区土壤的生物地球化学相对强度较大。因此,多年冻土退化后可能会导致生态系统的退化。     

基于地貌分类对祁连山大通河源区多年冻土地下冰储量估算

多年冻土地下冰作为一种特殊的存在形式, 对高原生态、 冻土环境以及冻土工程建设等都有深刻影响, 但是目前对于青藏高原地下冰储量的研究很少。以祁连山中东部大通河源区为例, 基于源区地貌分类、 冻土分布等研究, 利用源区多年冻土钻孔数据和公路地质勘测资料, 在水平和垂直两个方向上估算了多年冻土层地下冰储量。计算表明： 大通河源区多年冻土层2.5~10.0 m深度范围内地下冰总储量为（11.70±7.24） km³, 单位体积含冰量为（0.396±0.245） m³。其中冰缘作用丘陵和冰缘湖沼平原等地貌区含冰量较高, 而冰缘作用台地、 冲积洪积平原则含冰量较低。在垂向上多年冻土上限附近含冰量最高, 并随深度增大而缓慢减小。随着未来气候变暖、 多年冻土退化以及环境变化, 准确把握多年冻土区地下冰储量和分布特点对生态、 水文地质、 地质灾害预估、 冻土工程建设具有深远意义。     

高密度电法在输电线路塔基基础附近多年冻土探测中的应用北大核心CSCD

多年冻土区输电线路塔基基础附近活动层厚度和地下冰变化与基础稳定性密切相关,塔基施工的热扰动和混凝土基础的热效应使得基础周围冻土易发生退化,不利于基础的稳定。高密度电法是冻土工程环境研究中常用的地球物理方法,其探测结果的可靠性和分辨能力受数据采集方式、目标体地电结构影响。为减小对输电线路塔基附近冻土特征识别的不确定性,通过建立基础周围多年冻土地电模型的正反演模拟,发现活动层处于融化状态时各种装置方式数据采集均能较好地反映活动层厚度的起伏,但由于冻融锋面附近显著的电阻率差异,难以识别多年冻土层内的地下冰空间分布特征。而活动层处于冻结状态时进行探测能显著提高对多年冻土层内的地下冰空间分布特征识别精度,其中偶极-偶极装置可较好地识别高、低含冰量区域的发育位置和形态特征。在青藏直流输电线路塔基基础附近冻土探测中证实了方法的有效性,探测结果揭示了施工过程和基础热效应导致的塔基基础附近的地下冰退化。以上研究表明,通过正反演模拟,根据具体探测目标选择合适的探测时机和数据采集方式,能显著提高高密度电法探测结果的有效性和精度。     

中国的多年冻土──过去与现在

中国多年冻土区的总面积约占中国陆地面积的２２．４％，达２１５００００ｋｍ²。多年冻土的分布特征受气候条件在三度空间的变化所制约。自晚更新世以来，其分布情况已有相当的变化。在东次冰期最盛期，东北地区多年冻土南界曾推进到北纬４１—４２°，在全新世暖期，南界向北退缩，但晚更新世形成的冰楔和多年冻土至今仍存在于大兴安岭北部，全新世中期严寒期冻土有所扩展并形成冰楔。随着气候变化，中国西部高山和高原区高海拔冻土的分布下界已上移８００—１０００ｍ，但高山和高原的主要部分仍处于冰缘环境，有的地方在全新世还发育了共生型多年冻土。     

青藏高原天然气水合物的形成与多年冻土的关系

天然气水舍物是一种新型清洁能源,赋存在多年冻土区和海洋沉积物等低温高压环境中。青藏高原多年冻土面积占高原总面积的一半以上．是可能的天然气水舍物赋存区。根据青藏高原多年冻土条件和天然气水舍物形成的热力学条件,讨论了多年冻土地温梯度、冻土厚度与天然气水舍物形成的热力学条件之间的关系和青藏高原存在天然气水合物的可能性。结果表明,青藏高原多年冻土区基本具备形成天然气水合物的热力学条件,最适宜的热力学条件是多年冻土地温梯度接近或略大于多年冻土底板附近融土的地温梯度,且融土地温梯度越小,越容易形成天然气水舍物。估算得到天然气水舍物最浅的顶界埋深为74m左右,最深的底界埋深达上千米。     

青藏高原改则地区多年冻土特征

改则地区地处青藏高原腹地, 气候寒冷干燥, 位于青藏高原大片连续多年冻土南界附近. 2010年"青藏高原多年冻土本底调查"项目在改则地区采用坑探、物探和钻探等多种方法对区域内多年冻土开展了大规模野外考察工作. 根据现场钻探资料和后来的地温观测资料, 并结合坑探和物探资料对改则地区多年冻土特征进行分析, 结果显示: 改则地区多年冻土上限深度在2.6~8.5 m之间, 部分地区存在融化夹层; 多年冻土含冰量在12%~35%之间, 主要为多冰冻土, 而且一般仅在上限附近发育有高含冰量多年冻土; 多年冻土温度普遍较高, 在-1.5~0℃之间; 多年下限深度一般小于60 m, 部分地区甚至在10 m左右; 多年冻土分布的下界海拔高度约为4 700 m, 海拔5 100 m以上区域普遍发育有多年冻土; 区域内多年冻土特征受局地因素影响明显, 特别是与坡向、植被覆盖、岩性和含水量等关系密切; 现场记录资料和后来的测温资料都显示改则地区部分多年冻土正处于退化状态.     

环境因素对兴-贝型多年冻土分布与发育的影响

兴安岭-贝加尔（兴-贝）型多年冻土处于欧亚大陆高纬度多年冻土南缘,对气候变化和人类活动较为敏感。为了研究多年冻土变化规律以及预测其未来变化趋势,从环境因素对多年冻土的影响以及多年冻土与环境的相互作用两个方面出发,围绕地带性因素（纬度、高度、经度）和非地带因素（气温、植被、降水、积雪等）两大类环境因素的变化对多年冻土分布与发育的影响,分析了兴-贝型多年冻土的变化和发展趋势,总结认为：气温、植被、降水、积雪等环境因素共同作用,改变了土层水热状况,促使区域内大范围多年冻土经历了显著退化;退化程度存在区域差异,多年冻土南界附近退化程度最为显著。基于兴-贝型多年冻土的特殊性,提出了建立冻土和寒区环境监测机制并及时采取适应性和整治性措施保护和修复区域环境的建议。     

兰州马衔山多年冻土活动层厚度估算及影响因素分析

马衔山残存的多年冻土被誉为黄土高原地区多年冻土的"活化石". 自1986年发现多年冻土存在至今, 多年冻土发生了严重的退化, 活动层厚度增大, 面积由原来的0.16 km²减少到现在的 0.134 km². 本文基于马衔山多年冻土区的实际监测资料分析了气温、地表温度和N系数随时间变化特征以及活动层温度、土壤含水量的时空特征. 根据2010-2013年马衔山多年冻土区的日平均地表温度和土壤参数实测及实验室分析资料, 利用X-G算法模拟了马衔山多年冻土的冻融过程, 并模拟得到4年的活动层厚度均比实测值小, 这可能与活动层底部较高的未冻水含量有关. 然后进一步探讨了泥炭层和含水量对活动层厚度的影响, 泥炭层越厚, 其隔热作用越强, 活动层厚度越小; 反之, 活动层厚度越大; 含水量越高, 土壤的容积热容量越大, 活动层厚度越小; 反之, 活动层厚度越大.     

青藏铁路多年冻土工程地质特征及其评价

青藏高原多年冻土是地质历史时期高海拔寒冷气候条件下的产物,也是青藏铁路建设的三大难题之一;而多年冻土工程地质特征及其评价工作是作出合理、可靠的工程设计的基础。结合青藏铁路沿线多年冻土区的15个地形地貌分区,在青藏铁路多年冻土区选择了70个典型断面进行了地质勘查,采用地质钻探和室内试验相结合的方法,研究了各区的工程地质特征并对其工程地质类型进行了评价。研究表明:青藏铁路多年冻土区冻土类型多样,高含冰量冻土、厚层地下冰广泛分布,不同区段地温差异性较大,工程地质条件复杂多变,良好、一般、不良和极差的工程地质区段交错分布。