代表中国冻土学研究的一个重要里程碑——读《中国冻土》一书

冻土是地气之间热量交换的产物,因此,冻土对气候的微小变化和变动都非常敏感.同时,冻土条件的变化对地气之间水热交换,气候及环境条件,地表径流及地下水,地气之间的碳循环,植被生长及生态系统,以及寒区工程建筑都具有重大的影响作用.研究冻土与环境以及人为活动的相互作用及其反馈效应是全球变化研究的重要内容.     

代表中国冻土学研究的一个重要里程碑——《中国冻土》一书

冻土是地气之间热量交换的产物, 因此, 冻土对气候的微小变化和变动都非常敏感. 同时, 冻土条件的变化对地气之间水热交换,气候及环境条件,地表径流及地下水, 地气之间的碳循环,植被生长及生态系统, 以及寒区工程建筑都具有重大的影响作用. 研究冻土与环境以及人为活动的相互作用及其反馈效应是全球变化研究的重要内容。     

冻土工程与环境研究的新进展——第八届国际冻土工程会议回顾

2009年10月在西安召开第八届国际冻土工程会议, 就冻土地区工程设计与建设、季节冻土区工程冻害防治、冻土物理力学特性、 模型发展及其应用、寒区气候、环境及冷生变化、多年冻土水文学、寒区水资源和土地应用等主要议题进行了广泛交流, 报告了近年来冻土工程与环境研究方面的一些新进展. 从冻土工程设计、施工和评价、普通冻土研究、冻土的物理力学性质、冻土模型发展及应用、 气候变化及冰冻圈环境等方面对该次会议交流的成果进行了总结. 与会研究者认为今后的研究一方面要加强理论研究、工程措施机理研究;另一方面要加强寒区环境对气候变化的响应及反馈、以及环境变化与冻土工程措施之间的相互作用研究.     

中国东北大兴安岭多年冻土与寒区环境考察和研究进展

由于东北地区最近150 a来的显著气候变暖和清朝开禁政策以来强烈的人为活动影响,东北地区冻土和寒区环境已经产生了显著变化.由于社会经济活动日益增多和许多重大工程建设需要,及其寒区水文、生态环境的显著、急速恶化,继20世纪50-60年代大规模经济开发时的冻土研究高潮之后,东北地区冻土和寒区环境问题再次成为国人关注的重要问题.为研究中国-俄罗斯原油管道工程(漠河-大庆段)的气候变化与冻土退化对管道工程地基基础长期稳定性的影响问题,中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室在2007年7-8月组织了"大兴安岭多年冻土与环境"科学考察,考察的主要区域涉及大兴安岭西坡从漠河(不连续多年冻土区)至阿尔山(多年冻土南界和下界附近)以及东坡从漠河、大杨树(零星岛状多年冻土区)至嫩江平原北部大庆附近(季节冻土区).考察中发现多处重要古冻土遗迹和重新研究了乌玛和伊图里河不活动冰楔群,取得了大量第一手资料,以研究第四纪,特别是全新世以来,多年冻土和寒区环境演化和变化.考察过程中,对大兴安岭(漠河-黄岗梁)和长白山的针叶林优势种(兴安松和章子松)树木年轮进行了系统采样,以详细研究小冰期晚期以来的气候和环境变化.考察结果表明: 最近50 a来,受显著气候变暖和强烈人类活动影响,东北多年冻土已经产生显著退化,南界有较大幅度(40～120 km)北移.根据最新预测表明,在未来50～100 a气候变暖情景下,多年冻土将继续退化,但面积上的变化将较慢.这可能归结于东北地区较好的地表覆被条件和丰富的地下冰、雪盖减少,以及可能显著增强的西伯利亚-蒙古冷高压在冬季形成的强大、稳定和广泛的大气逆温层结对兴安-贝加尔型冻土的控制作用.     

格尔木-拉萨成品油管道沿线冻土工程和环境问题及其防治对策

格尔木拉萨成品油管线穿越青藏高原腹地多年冻土区,沿线气候严寒、冻土工程地质条件复杂.几十年来,气候变暖和人类活动已经对管道沿线的冻土环境产生了显著影响.总结了自运营以来格拉管道出现的冻土工程问题及管道沿线的生态环境问题,并就各种问题给出了相关措施和建议.同时,提出了该区管道建设和寒区环境研究的方向应包括加强管道内外检测、对管道进行风险评价、提高管道自动化管理水平、建立冻土长期监测体系以及保护沿线的生态环境等.     

近10 a来冻土微生物生态学研究进展

冻土微生物在冻土生物地球化学循环中起着重要的作用, 并且在一定程度上可以指示全球气候变化. 在全球气候变暖的背景下, 研究冻土微生物群落特征及其与环境因子变化的关系是当前热点研究领域. 系统综述了冻土微生物群落的复杂性以及其影响因素、 冻土微生物生态功能及其对碳氮循环的反馈机制、 冻土微生物对环境气候变化的响应机理, 旨在为研究冻土微生物对全球气候变化的响应及其在生态系统中的作用提供参考.     

甘肃河西季节冻结深度年代际变化特征及其气候成因分析

根据甘肃河西1958-2003年17个气象站的土壤冻结上、下限记录和最长连续冻结的初、终日资料,采用小波分析方法研究了甘肃河西季节冻结的年代际变化特征.结果表明:甘肃河西最大冻土冻结深度的变化存在8~10a的周期振荡,20世纪80年代中期是其变化的转折期,反映了甘肃河西冬季气候自80年代中期以来变暖的事实.气候成因分析说明,气候变暖对河西季节冻结影响显著.冬季最低气温与甘肃河西季节冻结深度和冻结时间关系密切,特别是冬季地气温差和气温日较差与其关系尤为密切.     

大兴安岭北部霍拉盆地多年冻土及寒区环境研究的最新进展

霍拉盆地位于我国高纬度大片连续多年冻土区的北缘. 盆地内的冻土具有自中心向边缘厚度变薄、温度升高, 至四周山地出现融区等特征, 同时又受局地因素如地形地貌、地表覆被、地下水赋存规律及地质构造等影响, 冻土分布、厚度及温度的空间格局在遵从普遍规律的基础上又具有差异性. 近年来, 随着全球气候变暖及人为活动的逐步增强, 盆地内冻土及寒区环境变化显著, 对矿区转型至关重要的核心景观月牙湖几近干涸. 2013年6月、2014年5-7月先后2次对霍拉盆地多年冻土及寒区环境变化进行科学考察并展开初步研究. 在盆地内根据不同地貌、地表覆被及人为活动强度布设8个地温观测孔并将进行长期观测, 以期分析研究人为活动、植被等局地因子对冻土的影响及未来冻土与寒区环境变化; 同时, 对干涸的月牙湖底地形、地貌进行了调查并采集湖相沉积物样品, 以确定月牙湖的成因并进一步分析湖区气候及环境变迁; 对月牙湖畔湖心岛地下冰再次进行勘察, 发现厚层地下冰正在逐渐融化; 此外, 盆地内广泛发育的热喀斯特现象亦表明该区域冻土正在退化.     

影响青藏铁路冻土区主要工程措施可靠性的气温变化指标分析

多年冻土是气候条件控制的特殊地质体,气温升高和降水条件变化将对青藏铁路沿线的多年冻土产生深刻影响.从全球气温变化背景和青藏高原气候变化的实际情况出发,分析和论述了气候变化对青藏铁路沿线多年冻土地温特征及冻土区工程建筑物的可靠性产生缓慢而持续影响的气温变化指标.通过对冻土区工程设计原则和工程结构、工程措施可靠性产生重大影响的气温变化特征的分析,提出对目前冻土工程可靠性的看法,并提出应对工程措施.     

高寒冻土地区草甸草地生态系统的能量-水分平衡分析

为了揭示青藏高原高寒地区土壤冻融过程对地表植被大气三者之间能量水分循环的影响, 在青藏高原风火山左冒孔流域(长江源)开展了不同植被盖度条件下冻土活动层水热状态的野外观测(在30%、 60%、 90%的草甸盖度下观测分层土壤水分及温度)和相关试验. 选取考虑了积雪、植被覆盖及枯枝落叶层对土壤冻融影响的水热盐分耦合模型SHAW为动力学约束模型, 进行参数率定及其模拟计算. 结果表明: 青藏高原地气间的能量交换主要受冻土、植被生长和地表土壤含水量的影响, 并且呈明显的季节性变化;未退化高寒草甸草地对青藏高原冻土具有明显的隔热保温作用, 可以降低冻土对气候变化的响应. 在土壤活动层冻结过程期间, 土壤水分具有向表层和深层两向分流汇聚的特征, 植被覆盖变化对水分运移通量有明显影响.     

黑龙江省冻土活动层厚度年际变化影响因素分析

冻土活动层是冻土地区地层内水热交换最为活跃的区域,对气候与环境变化十分敏感。黑龙江省气候环境独特,冻土活动层受到地理位置（坡度、坡向及高程）、下垫面因素（地表土壤含水量、植被、积雪）及太阳辐射（地表反照率、土壤感热及潜热通量）等环境与气候变化的影响十分敏感。通过灰色关联、相关分析、趋势度检验、向量自回归模型发现：年内尺度上,冻土活动层厚度主要受到土壤含水量及植被的影响较大;年际尺度上,冻土活动层与积雪、植被、潜热通量呈负相关,并在不同的区域呈极显著负相关;与感热通量呈正相关,并在部分区域呈极显著正相关。近30 a来冻土活动层及各影响因素在各区域呈现不同的变化趋势,各影响因素对冻土活动层厚度影响程度不同,由高到低依次受到潜热、土壤含水量、植被、感热及雪深的影响,特别是潜热对冻土活动层厚度长期变化的贡献率达到35.09%。这种现象与东北地区独特且复杂的地理环境以及近30 a来各因素的变化关系密切。     

青藏高原多年冻土区环境工程地质稳定性评价

简要介绍了多年冻土与环境工程地质的研究现状。应用灰色系统的原理和方法，从时间性和空间性上探讨了青藏高原冻土区环境工程地质的稳定性，对其影响因素作了较全面和详细的定量分析，给出了在全球气候变暖的背景条件下冻土强度衰减的变化幅度，并说明了在相应条件下应采取的工程对策。     

中国-俄罗斯原油管道工程(漠河-大庆段)冻土工程地质考察与研究进展

在2005-2007年期间,先后3次对中国-俄罗斯原油管道漠河-大庆段沿线的冻土工程地质条件等进行科学考察,开展了冻土工程地质条件及其在气候变化和人类活动作用下的评价和预测研究.考察研究结果表明:管道沿线多年冻土在各类融区、季节冻土和水系等分隔作用下呈片状或岛状分布,沿线岛状、稀疏岛状及零星岛状占多年冻土区段的40%左右;管道沿线多年冻土随着气候的转暖和人类活动的影响不断退化.地形地貌单元、植被分布、地表水分条件的变化等局部因素对多年冻土的分布和地下冰的赋存产生重要的影响,管道沿线大约分布有50 km左右的沼泽湿地,其表层为腐殖质土及泥炭层,泥炭层下面分布着含土冰层或地下冰,是管道沿线最差的冻土工程地质地段;由于中俄原油管道沿线水系发育多,冻胀丘、冰椎和冰幔等不良冻土现象广泛分布.科学考察的成果为管道沿线冻土工程地质条件评价和预测、管道的稳定性影响分析以及后期的长期检测系统设置等研究奠定坚实的基础,进一步为即将开工的中俄原油管道漠河-大庆段工程的设计、施工提供科学依据.     

黄河源区植被对活动层温度和水分的影响

植被和活动层水热关系是青藏高原冻土生态环境的重要组成部分,对气候变化和工程活动积极响应,是目前全球变化研究的热点之一.为了解植被差异对活动层水热过程的影响,以场地监测和植被调查数据为基础,分析了黄河源区高温高海拔多年冻土区同一地貌单元内局地条件相似而植被差异显著的3个场地活动层温度和水分变化.初步结果表明:植被盖度较低时,活动层水分含量也低,且含水量高值区趋于中下部;植被盖度较高时,冷季地气温差和温度位移都减小,暖季地气温差增大;随着植被盖度增大,冻融开始和结束时间明显滞后,冻融持续时间延长.初步揭示了黄河源区地表植被对活动层水分和温度的影响过程,对研究和保护高寒生态环境稳定具有重要意义.      

中国冻土对气候变化的脆弱性

冻土的脆弱性是指冻土对气候变化的脆弱性,是冻土易受气候变化,尤其是温度变化不利影响的程度. 研究冻土对气候变化的脆弱性是提高对自然生态系统、工程系统、生态-社会-经济系统对冻土变化影响的脆弱性的认知,科学适应冻土变化诸种影响的前提和基础. 基于科学性与实际相结合的原则、全面性与主导性原则、可操作性原则,以暴露度、敏感性与适应能力为标准,遴选构建了我国冻土脆弱性评价指标体系. 借助RS与GIS技术平台,使用空间主成分方法,构建了冻土脆弱性指数模型,在区域尺度上综合评价了冻土的脆弱性. 依据自然分类法,将冻土脆弱性分为潜在脆弱、轻度脆弱、中度脆弱、强度脆弱与极强度脆弱5级. 结果表明：总体上我国冻土以中度脆弱为主,但青藏高原多年冻土对气候变化尤为脆弱;冻土脆弱性具有显著的地域分布特点,青藏高原、西部高山、东北多年冻土区脆弱性相对较高,季节冻土区相对较低. 与季节冻土相比,多年冻土对气候变化更脆弱. 在当前升温幅度条件下,冻土脆弱程度主要取决于冻土的地形暴露与冻土对气候变化的适应能力.     

风积沙对青藏铁路块碎石路基降温效果的影响

风沙危害正在威胁着青藏铁路的安全营运. 通过数值方法研究了风积沙填堵和覆盖青藏铁路块碎石路基后, 块碎石层降温机理以及降温效果的变化特征. 结果表明:开放条件下块石路基具有较强的强迫对流效应; 风积沙填堵后, 块碎石层降温效果减弱. 封闭条件下, 冷季路基坡脚处自然对流较强, 冻土上限抬升; 路基内部自然对流较弱, 由于路基填土作用, 路基中心处冻土上限抬升较大, 但随时间增长而降低; 沙层覆盖后, 块碎石层降温效果减弱, 路基下部冻土上限下降. 在气候变暖背景条件下, 封闭块碎石层自然对流减弱, 冻土上限下降, 不利于冻土路基的热稳定. 因此, 建议对沙害路段的块碎石路基采取补强措施.     

寒区在变热：暨述张廷军教授四十余载学术之路及贡献

以寒区气候和冻土变化及影响为主线,系统梳理回顾了张廷军教授在四十多年冻土研究中所作出的重要贡献。凝练总结了张廷军教授在量化多年冻土及地下冰分布和变化、厘清寒区特殊陆面过程关键要素的交互作用、发展冻土数值模拟模型和诊断分析方法以及发展冰冻圈遥感方法四个方面所作的创新性成果,基于这些成果发表的论文多已成为冻土与气候变化研究方面的经典,极大提高了对寒区气候、冻土分布及变化的物理基础的认识,为冰冻圈科学事业作出了不可磨灭的贡献。张廷军教授四十余载的求真求实之路同样值得我们学习和铭记。     

工程活动下的冻土环境研究

冻土与人类活动及环境息息相关，人类工程活动能诱发冻土环境、生态环境变化和冻融灾害及工程稳定性变化，因此，人类工程活动下的冻土环境变化及冻融灾害问题已日益引起国内外冻土研究的重视。人类工程活动加快了冻融过程变化，产生了极大的负面影响。文章主要从冻土稳定性、地面敏感性评价；冻土环境与工程建筑物的稳定性及相互关系；冻土环境保护和土地合理利用；冻土区生态环境研究等四个方面评述了近年来人类工程活动对冻土环境的影响研究。     

内蒙古及东北地区古冻土及古环境考察研究新进展

中国北方地区保留了晚更新世以来大量的冰缘遗迹. 在气候变化背景下, 在寒区和干旱区分别出现冰缘地貌、正逆向沙化等问题, 综合不同区域的地质遗迹, 从时间上的对应关系可进一步分析气候环境变化问题. 2008年5-7月调查中, 在鄂尔多斯和大同地区分别发现了新的砂楔和土楔;在大兴安岭生态定位研究站设立了8个钻孔和2套自动气象站, 开启了冻土、湿地、 积雪研究以及现代陆面过程对下伏冻土影响的研究;在黄岗梁地区新发现了一个冻融褶皱;调查了松嫩沙地古沙丘及古土壤活动与冻土进退的关系;发现小兴安岭地区冻土退化显著, 岛状冻土散布于海拔相对较高的地区;三江平原西部农业开发强烈改变了地表覆盖, 冻土温度升高显著, 冻土上限下降明显, 甚至厚度较薄的冻土消失. 后期工作希望通过综合、集成分析以上结果, 探讨我国北方地区晚更新世/全新世的冻土南界及环境变迁.     

青藏高原湖泊变化遥感监测及水量平衡定量估算研究进展

青藏高原湖泊是气候变化的重要指示器,20世纪90年代中期以来,在暖湿化环境下降水增多和冰川冻土加速融化导致的湖泊扩张是青藏高原最为突出的环境变化特征。值得注意的是,湖泊水位变化的空间分布特征和西风带及印度季风带影响区的降水量变化具有高度的空间一致性。严酷的自然环境导致对青藏高原内陆湖泊的实地观测变得难以企及,而遥感技术的发展正好可以克服以上局限,该技术已经成为青藏高原湖泊变化监测的主要研究手段。本文围绕遥感监测技术与方法,综述了青藏高原湖泊面积、水量、冰物候、水体参数以及水量平衡定量估算等方面的研究进展。部分研究以流域为尺度应用多源遥感与水文模型进行水量平衡定量评估,结果表明青藏高原内陆地区的湖泊水量增加的主要贡献因素是降水增多,而冰川融化、冻土消融及其他因素的贡献程度却相对较小。当前,学术界一般认为：大尺度的降水年代际变化是青藏高原湖泊近期变化的主要原因,而冰川冻土加速消融又进一步加速湖泊扩张或抑制了部分湖泊收缩。过去,关于青藏高原湖泊变化的气候响应机制研究大多停留在对降水、蒸发、温度、风速、冰冻圈融化等气候因素的定性描述上;现在,在湖泊水量平衡方面,越来越多的研究开始在定量化方面取得进展;将来,随着更多遥感数据的开放共享,以及更多水文与气象站点的投入使用,将为青藏高原湖泊的水量平衡定量研究提供更好的数据条件。