黄河源区多年冻土温度及厚度研究新进展

利用新布设的冻土孔及原有冻土资料,分析黄河源区冻土温度和厚度的空间分布。源区实测多年冻土年均地温最低为-1.81℃,冻土最厚74 m,均位于巴颜喀拉山北坡的查拉坪。214国道(K445-K604段)沿线多为高温多年冻土(年均地温>-1℃),但巴山北坡海拔4 520 m、布青山海拔4 300 m以上,年均地温低于-0.5℃。巴山北坡海拔4 610 m、布青山海拔4 420 m以上,年均地温低于-1℃。巴山北坡海拔每升高100 m,年均地温减少0.47~0.75℃,冻土厚度增加16~25 m;纬度向北增加1°,年均地温减少0.85℃,冻土厚度增加20~30 m。     

长江黄河源区多年冻土变化及其生态环境效应

应用江河源区五站1980-1998年0cm、5cm、10cm、15cm、20cm、40cm浅层地温资料、钻孔深层地温资料以及勘探资料,详细分析了两大源区的冻土变化,结果表明:近20年来,受气候变暖影响,江河源区多年冻土总体上保存条件不利,区域上呈退化趋势。岛状多年冻土和季节冻土区年均地温升高约0 3～0 7℃,大片连续多年冻土区升幅较小,为0 1～0 4℃。多年冻土上限以2～10cm/a的速度加深。在黄河源多年冻土的边缘地带,垂向上形成不衔接冻土和融化夹层,多年冻土分布下界上升50～70m。冻土退化已对江河源寒区经济和生态环境产生了一系列重要影响。但是,冻土退缩及其对环境的影响还存在很大的不确定性。     

疏勒河源区的多年冻土

疏勒河流域地处祁连山西段,气候极端干旱.2008年6月在疏勒河源区海拔3729-3890 m的不同地面、地形条件下在5个点上布设了10眼钻孔进行钻探勘察,并布设测温管定期监测地温.根据勘察和测温资料,确定了疏勒河流域内多年冻土下界高程在3750 m左右,查明河谷中松散地层以冲积层为主,多为粗颗粒土,多年冻土含冰量普遍较低.局地因素对多年冻土状态影响明显.其中坡度差异可以使地温相差0.5℃.坡向的差异可以使地温相差达1.0℃;地层水分含量对浅层地温的影响甚至超过坡向的影响;地面状态的差异,造成地温、活动层厚度等方面的显著差异.与祁连山中东部地区相比,疏勒河源区多年冻土几乎没有生态过程的影响,多年冻土形成和保存受气候驱动,基本上代表了一类干旱气候条件下的多年冻土特征.     

巴颜喀拉山青康公路沿线多年冻土和活动层分布特征及影响因素

巴颜喀拉山是较典型的高海拔多年冻土区。南、北坡迥异的气候、土壤及地表景观控制和影响其多年冻土空间分布。2008~2012年冻土调查及测温资料表明,该山以高温冻土(>-1℃)为主。海拔是冻土主要影响因素。年均地温随海拔升高而降低的高程递减率在北坡6℃/km,南坡4℃/km。北坡查拉坪及巴颜喀拉山口一带,活动层厚度约1 m,活动层随海拔降低而增厚;南坡活动层厚度受局地因素影响较大,与海拔无明显相关。     

大兴安岭地区多年冻土区不同深度土壤碳分布特征

高纬度多年冻土区是对气候变化响应最敏感的区域,多年冻土退化严重影响土壤碳循环过程,揭示不同地表覆盖类型下多年冻土区土壤有机碳的垂直分布规律,对于预测未来多年冻土区土壤碳库变化有重要意义。本研究以大兴安岭高纬度多年冻土区森林、森林沼泽、灌丛沼泽为研究对象,利用钻探法采集土柱（7～8 m）,对3种不同植被下的土壤碳（有机碳、可溶性有机碳）进行测定,进一步分析土壤碳含量的垂直分布特征。结果表明,随着深度增加,土壤碳含量降低,有机碳含量变化范围为14.55～95.98 g/kg（森林沼泽）、17.48～132.93 g/kg（森林）、2.58～396.50g/kg（灌丛沼泽）,但在多年冻土层中也存在较高碳含量的情况;活动层土壤有机碳和可溶性有机碳平均含量均表现为：灌丛沼泽>森林>森林沼泽,多年冻土层土壤有机碳和可溶性有机碳平均含量均表现为在森林沼泽>森林>灌丛沼泽;各组分碳在活动层的变异系数表现为30.31%～114.26%,各组分碳在多年冻土层的变异系数表现为30.23%～192.09%;相关分析表明,土壤碳与深度和pH呈负相关,与土壤水分显著正相关。     

拉萨近45年浅层地温的变化特征

利用1961-2005年拉萨0～40cm各层逐月平均地温,采用气候倾向率、累积距平、信噪比等气候统计方法,研究了近45年拉萨浅层平均地温的变化趋势、气候突变和异常年份等。结果表明:浅层各季节平均地温均呈现为极显著的升高趋势,升温率为0.43～0.60℃/10a,春季最大、夏季最小。各层年平均地温以0.45～0.66℃/10a的升温率显著上升,40cm深度的升温率最大,与同时期平均气温的升温率比较,地温比气温对气候变暖的响应更强。20世纪60年代至90年代浅层年、季平均地温呈明显的逐年代升高趋势,以冬、春季最为明显。60年代到80年代中期为偏冷阶段,80年代后期至90年代地温为偏暖阶段。各浅层平均地温在1986年秋季均发生了突变,冬季突变时间都出现在1984年。年平均地温除在40cm处1999年异常偏高外,其它各层为异常偏低年份,且发生在20世纪60年代。     

青藏高原风火山地区冻土变化分析

基于对多年来风火山地区的多年冻土资料,研究了天然地区和路基下的冻土上限变化情况以及多年冻土的融化状态,并定量分析了进入多年冻土内的热状况。结果表明：风火山地区从20世纪70年代到90年代中期冻土上限下降,冻土出现退化现象,从90年代至今冻土趋于稳定；路基近地表地温明显高于对应天然地表下的地温,路基近地表经历的融化期长于对应天然地表,进入多年冻土区的热收支也呈现出吸热明显大于放热的周期性变化,进入多年冻土的热积累暂时以增高地温耗热为主,但随着冻土吸热量的逐年积累、冻土温度的不断升高,本区冻土可能发生强烈融化。     

大通河源区多年冻土的地温特征及其影响因素分析

多年冻土是一种热现象,地温是判断多年冻土特征的有效指标。通过对祁连山区东北部大通河源区多年冻土分布状况的野外考察与钻探等工作,借助于实测地温数据和地温曲线分析工具,对大通河源区39个钻孔点的多年冻土地温特征进行了对比分析,对影响多年冻土地温的主要因素进行了概括和总结。结果表明,在大通河源区,高程、植被类型、地表覆盖特征、土壤水分条件等是影响多年冻土地温的主要因素。根据尺度性划分的结果,高程是影响区域多年冻土地温变化的一级因素;随着空间尺度的下降,植被类型和地表覆盖特征成为二级影响因素;在沼泽化草甸植被覆盖区,土壤水分条件又成为影响多年冻土地温的三级影响因素。对多年冻土地温特征及影响因素的分析不仅有助于了解区域多年冻土的稳定性、预测全球气候变暖背景下的多年冻土演变和退化,还可以为寒区气候变化、生态、水文等相关领域的发展提供基础,为各项工程设施的实施和维护提供建议和指导。     

多年冻土地区工程建设生态环境影响研究评述

多年冻土地区工程建设的研究在国际上开展很早,而关于工程建设项目对区域生态环境影响的研究则相对滞后。在对生态环境要素所受影响角度的考察中,相关研究集中于工程建设项目对冻土层以及多年冻土地区植被、湿地、土地荒漠化、野生动物、自然保护区的影响上;在对生态环境影响预测和评价方法角度的考察中,相关研究集中于冻土层和多年冻土地区水土流失的影响预测和评价上。从既有的研究成果来看,多年冻土地区工程建设生态环境影响研究应向体系化、定量化和全面化发展,具体的工作包括生态环境影响评价指标体系的建立和综合性生态环境影响评价方法的制定等。     

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。     

西藏地温的年际和年代际变化

利用1971-2005 年西藏10 个站的0.8 m、1.6 m 和3.2 m 逐月平均地温资料,采用气候倾向率等现代统计诊断方法,研究了近35 年西藏年、季平均地温的变化趋势、气候突变和异 常年份。结果表明：0.8 m 年平均地温在西藏东部的林芝、昌都呈现为下降趋势,其他各站以0.19~0.81 ^oC/10a 的速率升高;有5 个站的1.6 m 年平均地温呈显著的升高趋势,升温率为 0.20~0.60 ^oC/10a;3.2 m 年平均地温6 个站均表现为升高趋势,为0.13~0.52 ^oC/10a,以拉萨升温率最大。在0.8 m 处,① 大部分站点季平均地温呈明显的上升趋势,其中西藏西部、南 部以夏季升幅最大,特别是狮泉河达1.61 ^oC/10a;北部以冬季增温最突出。东部地区四分之三的季平均地温呈降温趋势。② 大部分站点年平均地温呈逐年代升高趋势,而昌都表现为逐年代降低趋势。③ 狮泉河春、夏季平均地温分别在1996 年和1983 年发生了气候突变;拉萨和日喀则年、季平均地温发生的气候突变是从一个相对偏冷期跃变为一个相对偏暖期,前者 出现在20 世纪80 年代,后者发生在20 世纪90 年代初;而林芝1993 年夏、秋季出现的气候 突变是从一个相对偏暖期跃变为一个相对偏冷期。④ 西藏西部年、季平均地温以异常偏高年份居多,且发生在20 世纪末至21 世纪前5 年;南部年、季平均地温均为异常偏高年份,主要出现在20 世纪90 年代中后期;北部年、季平均地温异常偏高年均出现在21 世纪前5 年, 异常偏低年份以20 世纪80 年代居多;东部年平均地温以异常偏低年为主。青藏铁路沿线西藏境内测站最大冻土深度以-4.5~-25.4 cm/10a 的速率呈显著减小趋势,安多减幅最大     

沙漠地区人工固沙植被对土壤温度与土壤导温率的影响

通过分析人工固沙植被区与流动沙丘区不同部位 (沙丘迎风坡、丘间低地、沙丘背风坡 )各层土壤温度梯度分布 ,及其月平均值变化与日变化特点 ,计算不同地表覆盖 (人工植被与裸沙区 )条件下的沙土导温率。结果表明 ,沙坡头地区 7～ 10月平均地温变化的振幅 ,在地面约为 16 2℃ ,振幅变化随深度的递增而迅速减小。在 0 0 5m深度处 ,地温年振幅为地面振幅的一半。 7～ 10月中地温最高最低出现的月份 ,随深度增加都呈滞后现象 ,但滞后的情况两者并不相同。另外 ,在 2 0cm以下深度内 ,7～ 10月月平均温度都高于 0℃。当观测深度按算术级数增加时 ,地温日振幅则以几何级数减小。尽管地温振幅日变化因天气情况不同大有差别 ,在相同的气象条件 (连续四日晴天 )下的研究发现 ,下垫面的影响作用不容忽视 ,尤其是由于植被覆盖度的差异而引起的地温日振幅与地温剖面分布变化。根据 1992年 8月观测记录 ,流沙区丘间地温日振幅最高达 2 6 2℃ (表层 ) ,最小值只有 1 8℃ (1m深 )。固沙植被区丘间低地最高日振幅为 2 5 9℃ (表层 ) ,最低值 4 3℃ (1m深 )。植被区地表层温度变幅小于流沙区 ,而深层温度波动显著。在 5cm深度处 ,植被区地温降至最低值的时间滞后于流沙区 2h以上 ,2 0cm处植被区地温达到最大值的时间比     

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。     

基于分区和多元数据的青藏高原温泉区域多年冻土分布研究

以野外勘探、室内理论分析与建模为主要研究方法,以数字高程模型(GDEM)和实测数据为基础进行统计分析,发现坡向对多年冻土分布具有重要影响。针对青藏高原温泉区域地形的复杂性,基于分区的方法将研究区分为平原区和山区两个地形区。对于平原区来说,考虑到苦海湖泊对多年冻土的影响,将苦海滩地单独划出并采用专家知识完成冻土制图,其余平原区采用建立的地温模型进行冻土制图;对于山区来说,通过定量化研究坡向对冻土地温的影响建立了基于坡向调整作用下的地温模型,应用此模型完成了山区的冻土分布图。以地温作为冻土类型划分的依据,分析了研究区域冻土的空间分布与特征,结果表明:多年冻土的分布面积为1 681.4km2,占整个区域的66.7%,其中,过渡型和亚稳定型多年冻土为主要多年冻土类型,两者占整个研究区域的50.8%,其次为不稳定型多年冻土(11.4%),稳定型和极稳定型多年冻土的面积比例相对较小(4.4%和0.2%)。从空间分布格局来看,冻土分布具有明显的垂直分带特征,随着海拔高度的升高,冻土地温逐渐降低,冻土类型依次经历季节冻土-不稳定型多年冻土-过渡型多年冻土-亚稳定型多年冻土-稳定型多年冻土-极稳定型多年冻土的变化。     

1981-2017年西藏“一江两河”流域5cm地温及其界限温度时空变化特征

利用西藏“一江两河”流域9个气象站点1981-2017年逐日5 cm地温资料,采用线性回归、Mann-Kendall非参数检验等方法,分析了该流域5 cm地温及其界限温度的时空分布、突变特征,并探讨了地温变化率与经纬度、海拔高度之间的关系。结果表明：“一江两河”流域年、季平均5 cm地温总体呈自西向东递增分布,并随海拔升高而降低。1981-2017年流域月平均5 cm地温均呈显著升高趋势,升温率为0.23~0.98 ℃/10a,以4月最大,7月最小。年平均5 cm地温以0.58 ℃/10a的速率显著升高,各季地温也都趋于上升,其中春季升温率最大,夏季最小。5 cm地温≥ 12 ℃表现为初日提早、终日推迟、持续日数延长、积温增加的年际变化趋势。同样,≥ 14 ℃界限温度也有类似的变化,但变幅比≥ 12 ℃的要大。在10年际变化尺度上,流域年、季平均5 cm地温表现为逐年代际升高的变化特征。5 cm地温≥ 12 ℃和≥ 14 ℃界限温度在21世纪前10年呈初日提早、持续日数延长和积温偏多的态势。M-K检验显示,除夏季外,其他三季平均5 cm地温均发生了气候突变,其中春季和秋季的突变点分别出现在2004年和2005年,而冬季发生在1997年;年平均5 cm地温在2003年出现了突变。5 cm地温≥ 12 ℃初日的突变点在2004年,终日发生突变时间较晚,为2014年;持续日数突变点较早,在1997年;积温在2005年发生了突变。而5 cm地温≥ 14 ℃界限温度的突变点发生在2004年前后。相对于气温的变化,5 cm地温的升温幅度更大,突变时间较晚。     

山区生态果园建设对农业小气候的影响

在四川省凉山彝族自治州西昌市海拔1 500 m的半山荒坡地种植系列果树,建设生态果园,观察其气温、空气相对湿度和地温变化。数据分析表明,生态果园建设对微区气候条件有很好的调节作用。气温日较差变小,年平均减小0.7℃,空气相对湿度明显增加,年平均提高12%,平均地表温度的日较差减小,年平均减小3.6℃,极端地表高温和极端地表低温有所下降。     

青藏高原冷暖气候变化趋势的R/S分析及Hurst指数试验研究

利用青藏高原1953-2002年77个气象台站的常规地面观测资料,选择不同类型变化趋势的部分台站。选取年平均气温(■)、年平均最低气温(min)、年平均最高气温(■max)、年极端最低气温(tmin)、年极端最高气温(Tmax)5项气候要素,运用R/S分析法研究并预测了青藏高原未来冷暖气候变化趋势,研究表明:青藏高原未来冷暖气候变化趋势与过去50年以来的变化有着很好的自相似性。今后青藏高原总体将继续变暖,用分形理论的原理,设计了一种Hurst指数试验。对青藏高原北部和南部的年平均气温、年平均最低气温进行了试验研究。结果表明:依据青藏高原北部和南部的区域平均气候倾向率,未来10年,■将升高0.2~0.4℃;min将升高0.3~0.5℃;min将升高0.7~0.8℃;■max将升高0.3~0.4℃;■max将升高0.4~0.6℃。其中年平均气温、年平均最低气温升高趋势的持续性很强,期间没有转折,没有冷暖变化的突变点。     

东北黑土区土壤剖面地温和水分变化规律

东北黑土区土壤侵蚀的结果使土壤在坡面上发生再分配,土壤腐殖质层厚度的空间变异增大。腐殖质层厚度的变化又引起地温和土壤水分等土壤物理性质的变化,地温和水分是影响和反映冻融侵蚀作用的重要因子,也是影响地表和土壤剖面物质运移的重要因素。本文通过实测不同厚度腐殖质层剖面的地温和土壤水分,分析了地温和水分随时间和土壤剖面深度的变化规律。结果显示腐殖质层厚度对土壤温度和含水量有显著影响,腐殖质层较厚的剖面解冻速度比薄层黑土区要慢,不同深度土层温度到达0℃的日期也不相同,腐殖质层较厚的剖面冻结时间要滞后1周左右。同时,腐殖质层较厚的黑土区土壤含水量明显大于薄层黑土区,土壤水分运移的深度范围也大。     

气温变化对西峰黄土高原地温与梨树发育期的影响

用西北地区140站1961-2000年的气温资料和西峰黄土高原1971-2005年5,10,15,20cm地温和1984-2005年梨树发育期资料,分析了西北地区春季、夏季、秋季、冬季和年气温的变化事实,再用相关计算和典型年份对比,分析了地温的时间变化规律及其对梨树发育期的影响。结果表明,西北地区20世纪60年代冬季增温,其余降温,70年代均降温,80年代冬季增温,其余降温,90年代均增温,冬季的最明显。西峰10cm地温各季节呈持续升高的趋势,春季增温最明显为0.058℃/a,变幅也最大,冬季增温幅度次之为0.039℃/a,再是秋季为0.032℃/a,夏季增温幅度最小为0.029℃/a,上升趋势均通过0.05和0.01的信度检验。冬季、春季地温与梨树的各发育期均为负相关,即地温高,发育期早,地温低,发育期迟。冬季地温与梨树发育期相关最显著的是叶变始期和开花始期,相关系数为-0.41～-0.52,信度为0.05,春季地温与之相关最显著的是开花始期,相关系数为-0.68～-0.69,信度达0.001。春季地温对梨树发育期的影响具有明显的持续性和滞后性,冬季地温对梨树发育期影响有阶段性,春季地温对梨树发育期的影响比冬季的明显。     

黄河源区多年冻土空间分布变化特征数值模拟

基于IPCC第五次评估报告预估的气温变化情景,采用数值模拟的方法对黄河源区典型冻土类型开展模拟,推算过去及预测未来黄河源区冻土分布空间变化过程和发展趋势。结果表明：1972-2012年源区多年冻土只有少部分发生退化,退化的冻土面积为833 km²,季节冻土主要集中在源区东南部的热曲谷地、小野马岭以及两湖流域南部的汤岔玛地带;RCP 2.6、RCP 6.0、RCP 8.5情景下,2050年多年冻土退化为季节冻土的面积差别不大,分别为2224 km²、2347 km²、2559 km²,占源区面积的7.5%、7.9%、8.6%;勒那曲、多曲、白马曲零星出现季节冻土,野牛沟、野马滩以及鄂陵湖东部的玛多四湖所在黄河低谷大片为季节冻土;2100年多年冻土退化为季节冻土的面积分别为5636 km²、9769 km²、15548 km²,占源区面积的19%、32.9%、52.3%;星宿海、尕玛勒滩、多格茸的多年冻土发生退化,低温冻土变为高温冻土,各类年平均地温出现了不同程度的升高。到2100年,RCP 2.6情景下源区多年冻土全部退化为季节冻土主要发生在目前年平均地温高于-0.15 oC的区域,而-0.15~-0.44 oC的区域部分发生退化;RCP 6.0、RCP 8.5情景下目前年平均地温分别为高于-0.21 oC以及-0.38o C的区域多年冻土全部发生退化,而-0.21~-0.69 oC以及-0.38~-0.88 oC的区域部分发生退化。