冻土深度观测记录误差的成因浅析

从地面气象观测报表审核及其工作检查的实际出发，按照《地面气象观测规范》对冻土观测的要求，对可能造成冻土深度误差的5种原因进行了初步分析，并提出了避免或消除冻土深度误差的相应措施。     

对北方基层台站冻土器的使用改进

冻土观测是我国北方气象台站冬季气象观测的常规项目,对北方寒冷地区的生产与生活具有非常重要的现实意义。冻土器是冻土观测的主要仪器,但目前被北方地区所广泛使用的冻土器在设计上存在一定弊端,常因固定链的断裂而发生观测记录丢失和冻土器使用周期缩短的情况。为了减少这种现象的发生,我们在实际工作中对冻土器的原有设计进行了改进,选取了更具优势的替代性材料,从而大大提高了观测效果。     

造成冻土观测记录误差的原因分析

从地面气象观测报表预审及其工作检查的实际出发,按照《地面气象观测规范》对冻土观测的要求,对可能造成冻土深度误差的5种原因进行了初步分析,并提出了避免或消除冻土深度误差的响应措施.     

基于FDR的土壤水分探测系统与应用

根据中国气象局对农业气象观测的要求,采用频域反射技术(Frequency Domain Reflectometry,FDR)设计开发了一套土壤水分探测系统。系统共包括传感器测量、数据采集和远程数据管理等几个部分。FDR测量原理建立在传输线理论和谐振电路的基础上。数据采集部分充分考虑了信号的抗干扰能力以及纠错措施。系统采用无线通信模式将测量数据传送到中心数据库,并使用互联网将数据发送到各个用户。运行结果表明该系统能够连续稳定地测量,经过订正之后的数据与烘干法测量结果接近,误差小于2%,满足农业气象观测的需要。     

北京地区冻土时空分布特征

基于1981—2021年北京地区6个气象站的逐日最大冻土深度、平均气温、平均地表温度及5、10、15、20、40、80 cm地温等资料,分析了近40年北京地区最大冻土深度的时空分布特征及其与气温和地温的关系。结果表明：北京地区最大冻土深度总体呈变浅趋势,气候倾向率为-2.3 cm/10 a,各站点最大冻土深度变浅趋势从西到东呈逐渐减弱趋势。北京地区最大冻土深度与40、80 cm地温相关性最好,与地表温度相关性较差。选取2021至2022年北京地区冻土对比试验数据,评估测温式冻土自动观测仪观测精度,发现仪器安装至少一个冻融周期后与冻土人工观测吻合度更好,测温式冻土自动观测仪的观测精度与仪器安装位置的地下岩层、土质分布密切相关,需要在仪器稳定运行后根据当地实际优化算法和冻融阈值。     

人工冻土观测的冻点对应的土壤温度研究

基于2018年12月至2020年3月喀左、沈阳、辽阳、满洲里4个国家级地面气象站人工冻土器与测温式冻土自动观测仪观测的资料,对人工冻土观测获得的冻点与测温式冻土自动观测仪获得的相应深度的温度进行对比分析.结果表明:人工冻土器获取的冻点对应的土壤温度与0℃总体一致,又不完全重合;0—35 cm深度范围,冻点对应的温度变化...     

FDR土壤水分自动站三级标定的方法

FDR法是利用土壤介电常数变化测量土壤含水率,在测量的3个阶段进行标定可以提高测量准确度.仪器安装标定可以降低各个地区土壤水质的差异对传感器测量范围的影响;田间标定使用仪器与烘干法对比观测数据,通过乘幂函数拟合计算不同土壤类型的参数,修正仪器测量公式,使测量到的土壤介电常数的变化能够准确反映含水率的变化;再利用烘干法对...     

土质对FDR水分传感器拟合参数影响的试验研究

通过制作人工土柱的方法,对壤土、黏土、砂土等土质进行FDR(Frequency Domain Reflectometry)水分传感器拟合标定试验,分析了传感器频率与土壤水分之间的关系,以及不同质地土壤对传感器标定参数的影响。数据分析结果表明:FDR土壤水分传感器感应频率随土壤体积含水量的增加而单调减小,具有很好的相关性,不同的土质对土壤水分传感器标定参数影响较大,黏土测试的传感器归一化频率范围在0.64~0.94之间,壤土测试的传感器归一化频率范围在0.4~0.86之间,砂土测试的传感器归一化频率范围在0.3~0.94之间,土壤按类别进行标定比集中标定的效果更好。分析结果对土壤种类复杂地区的自动土壤水分观测仪精细化标定具有一定指导意义。     

冻土器的快速修复及改进

冻土器观测是地面气象观测项目之一.虽经多年使用,但至今仍没有改进.各站在冬季的观测使用中,最普遍出现的故障是内管中的铁链中断,中断后的链子堆积在冰柱上端而无法确定冻土刻度.冰柱稍短时,由于铁链堆积重量大造成冰柱整体下滑,出现记录失真.因此,发现铁链中断时,要及时修复.下面介绍快速修复冻土器的方法及改进措施.     

冻土观测的异常原因及防范措施探讨

通过分析由于冻土器周围草层根系生长旺盛,冻土器安装不规范,内外管不良以及冻土器内形成过冷却水等原因,导致地面温度低却未出现冻土层的异常情况。建议安装前清除冻土器周围旺盛的草根,注意内外管零线与地面齐平,保持外管内部干燥,检查内管是否漏水,雪后注意巡视和观测,以期提高冻土观测数据的准确性。     

2019年辽宁及内蒙古冻土自动观测及其分钟数据的时间一致性检测

在辽宁省喀左站、辽阳站和内蒙古满洲里站统一安装5种型号冻土自动观测仪进行外场试验,采集2019年3—6月逐分钟冻土数据,采用纵横极值集合法,对采样数据进行时间一致性质量控制,与3站的人工定时数据进行对比分析。根据同期人工观测数据,判断冻土自动观测异常可疑数据和异常数据阈值,分别为5 cm和11 cm,据此开展验证。结果表明：冻土自动观测仪分钟数据完整率为99.59%;冻土自动观测仪平均冻土层数与人工观测基本一致,符合冻土业务数据分布特性;5种类型冻土自动观测仪均能较好地反映不同气候区域的冻土的分钟数据变化,冻土自动观测分钟数据质量控制阈值合理可靠。     

近50年来中国季节性冻土与短时冻土的时空变化特征

在对中国冻土气象观测资料整理和分析的基础上, 研究了中国冻土分布的时空演变规律。主要分析了中国冻土分布的季节变化、冻土深度的空间变化, 以及冻结日期、解冻日期、冻结时间长度的空间分布特征, 同时也分析了以上各要素的时间变化特征。结果表明: 中国冻土分布广泛, 在我国东部的长江以北地区、西北地区及青藏高原地区均有分布; 其中季节性冻土具有显著的年内变化特征, 冻结一般从秋季开始, 冬末春初冻结的面积和深度达到最大, 春季逐渐开始融化, 夏季冻结的面积和厚度达到最小; 冻土的冻结过程和融化过程表现出各自不同的特征, 整个中国地区冻土的融化过程所持续的时间比冻结持续的时间长, 也更为复杂, 这与地形及土壤特性有着密切的关系; 近几十年来, 在全球变暖背景下, 中国冻土主要表现为最大冻土深度减小, 冻结日期推迟, 融化日期提前, 冻结持续期缩短, 以及冻土下界上升的总体退化趋势, 冻土的主要转型时期发生在20世纪80年代中期。     

冻土极值的设计研究方法

冻土的极值设计是许多重大工程所必要的,为使冻土极值设计更为合理及严谨,选取新疆10个站点1961—1999年冻土深度的极值资料,分别用两种理论模式进行拟合,并采用k-S法和ω2法进行检验。结果表明:k-S法不具备判别拟合优良的能力,要得到最佳理论分布,必需经ω2检验。对时间序列内的设计值分别用理论模式和统计方法进行对比分析,发现设计值采用最佳理论分布推算及适当的差值订正,能使冻土极值设计值更为合理。     

基于GIS空间分析模型的冻土研究——以祁连山木里地区为例

2008年祁连山木里冻土区发现天然气水合物,冻土作为天然气水合物重要的形成条件,控制着陆域水合物的成藏。本文根据祁连山多年冻土参数经验公式,通过在ArcGIS中对由木里地区DEM空间分析,建立多年冻土参数计算模型,得到木里年均气温、年均地温和多年冻土厚度空间分布特征。木里地区年均气温-8~-5℃,年均地温-5~-2℃,冻土厚度80~180m;聚呼更矿区年均气温-7~-5℃,年均地温-4~-2℃,多年冻土厚度90~120m;大通山地区,年均气温低于-7℃,年均地温低于-4℃,冻土厚度大于130m。结合研究区烃源岩分布资料,认为木里盆地与大通山接壤的盆-山地貌过渡地带为天然气水合物最有可能成藏的区域。     

石家庄冻土变化特征与气候因子的关系分析

探讨石家庄冻土变化特征与气候因子的关系,以期作好土壤冻融预测.利用石家庄地区5个观测站1981—2010年逐日地温、降水量、蒸发量和冻土观测数据,采用线性趋势、完全相关系数和多元回归方法,分析讨论了该地区冻土变化特征与地温、降水量、蒸发量的变化关系.结果表明:石家庄地区土壤表面始冻期呈现明显推迟趋势,土壤表面解冻期呈现明显提前趋势,其中,中部地区始冻期推迟,解冻期提前趋势最为明显;11—12月平均地面最低温度与土壤表面始冻期正相关明显,2—3月平均地面最低温度与土壤表面解冻期负相关明显;秋季降水量和蒸发量对土壤表面始冻期推迟,冬季降水量和蒸发量对土壤表面解冻期提前影响较小.     

青藏高原典型高寒草甸生态系统对气候冻土环境变化的响应

利用青藏高原河南县典型高寒草甸生态系统群体结构、地上生物量、发育期及其气候、冻土环境观测资料,系统研究了高寒草甸生态系统演变特征及其对气候变化和冻土退化的响应机理。研究表明:20世纪80年代后期以来高寒草甸生态系统出现了牧草返青期无明显变化而黄枯期显著延迟致使生长期明显延长、覆盖度总体下降但自2004年后开始回升、地上生物量明显增大等一系列演变特征;气候冻土环境表现出气温升高、降水增加、日照增多等气候暖湿化、季节冻土层温度及热量条件显著升高、冻土层变薄、冻结时间缩短等冻土退化的变化趋势;高寒草甸生态系统对气候变化的响应不及对季节冻土退化的响应敏感,其生长发育的前期主要受水分条件的限制,而在生长发育的旺盛期及后期,则主要受热量条件的制约。     

锡林郭勒盟近58a冻土深度的时空分布特征

利用锡林郭勒盟1961—2018年近58a有完整记录的11个气象站的最大冻土深度、冬季11月—翌年3月平均气温和平均地面最低温度资料,利用描述分析、线性趋势拟合、相关性检验、Mann-Kendall突变检验等方法,对锡林郭勒盟最大冻土深度的时间演变、空间分布及与气温、地温的关系进行了分析。结果表明:二连浩特市最大冻土深度的均方差和变差系数最大,稳定性最差;东乌珠穆沁旗、二连浩特市最大冻土深度变浅幅度最大,气候倾向率为-16.25cm/10a和-15.48cm/10a;20世纪70年代是近58a来最大冻土深度最深的时期;全盟11个站中有5个站最大冻土深度发生突变现象,其中一个站突变点在1982年,其他4个站突变点在1989—1991年;锡林郭勒盟最大冻土深度的空间分布特征为东深西浅、北深南浅;锡林郭勒盟各站11月到翌年3月平均气温和平均地面最低温度均呈上升的趋势;最大冻土深度和平均气温、平均地面最低温度均呈负相关,部分台站相关性显著,随着气温和地温的升高冻土深度在变浅。