黄河源区冻土特征及退化趋势

黄河源区位于青藏高原多年冻土区东北部边缘地带,是季节冻土、岛状多年冻土和在大片连续多年冻土并存地带.多年冻土层在垂向分布上有衔接状和不衔接状两大类.不衔接状又可分为浅埋藏(8m)、深埋藏(8m)和双层多年冻土等形式.从20世纪80年代以来,源区气温以0.02℃.a-1增温率持续上升,人类经济活动日益增强,导致冻土呈区域性退化.多年冻土下界普遍升高50～80m,最大季节冻深平均减少了0.12m,浅层地下水温度上升0.5～0.7℃.冻土退化总体趋势是由大片状分布逐渐变为岛状、斑状分布,多年冻土层变薄,冻土面积缩小,融区范围扩大.部分多年冻土岛完全消失变为季节冻土.     

应用探地雷达研究中国小兴安岭地区黑河北安公路沿线岛状多年冻土的分布及其变化

结合探地雷达对我国东北黑大公路黑北段岛状多年冻土的勘察结果进行了应用分析研究. 结果表明, 探地雷达可以较为有效确定多年冻土分布区域、 厚层地下冰存在位置, 是研究多年冻土的一种有效手段. 探地雷达勘测结果表明, 东北小兴安岭岛状多年冻土现在主要位于山间沟谷洼地、 或山间盆地中, 地表有积水、 塔头草生长茂盛、 草炭和泥炭发育的沼泽化湿地是其存在的重要标志;结合20世纪70年代对该区的冻土调查结果, 以及线路沿线现存冻土比例推断, 在过去30 a间小兴安岭岛状多年冻土发生了较为显著的退化;现存黑河北安公路沿线稀疏岛状多年冻土区的比例约为2%, 冻土厚度约2～9 m, 冻土上限约1～3 m. 在影响多年冻土分布的因素中, 地表水分条件是最为关键的因素, 该地表水分通过蒸发吸热、 单向导热等作用调节地中热流, 并维持一定的净放热, 在年平均气温接近0 ℃的条件下仍可以维持冻土的发育和存在;其它影响因素, 如地形、 地貌、 坡向、 植被、 地质条件等因素发挥次要作用.     

大兴安岭呼玛河流域多年冻土区森林土壤有机碳和有效氮分布特征及影响因素北大核心CSCD

多年冻土区土壤碳、氮的可变性及对深层土壤特性了解的缺乏限制了人们对气候变化响应的理解。为明确东北大兴安岭多年冻土区森林土壤有机碳、有效氮(铵态氮、硝态氮)含量分布特征,于2020年秋季(9月末)采集呼玛河流域三种类型多年冻土区(不连续多年冻土区、零星多年冻土区和岛状多年冻土区)16个1 m深的土壤剖面,基于结构方程模型探讨海拔、气候、冻土区类型和植被类型等环境变量对森林土壤有机碳和有效氮含量的影响。结果表明:土壤有机碳和硝态氮含量在不连续多年冻土区高于零星多年冻土区和岛状多年冻土区,土壤铵态氮含量在零星多年冻土区高于岛状多年冻土区和不连续多年冻土区;在垂直剖面上,随着土壤深度的增加,土壤有机碳和有效氮含量呈降低趋势,且土壤有机碳与有效氮之间呈显著的负相关关系(P<0.05)。结构方程模型表明,植被类型和年平均温度是土壤有机碳含量变化的主要控制因素,年均降水量对土壤有机碳含量变化的影响最弱;冻土区类型和植被类型是土壤铵态氮和硝态氮含量变化的主要控制因素。研究结果能够为未来准确模拟和估算呼玛河流域多年冻土区森林土壤碳氮储量提供一定的数据支撑。     

大小兴安岭多年冻土地区供水水源选择与评价

引言 大小兴安岭地处我国东北部,该区广泛分布连续多年冻土及岛状多年冻土。由于多年冻土的存在,使大小兴安岭地下水具有特殊的水文地质条件,并且与自然界中各种因素互相依存,互为因果关系,错综复杂地变化着,从而形成了连续多年冻土区地下水,岛状多年冻土区地下水。     

东北多年冻土最大季节融化深度的确定

多年冻土地区的最大季节融化深度,亦即天然上限深度,是多年冻土地区铁路工程设计的主要数据之一。因此确定上限深度及其变化,是多年冻土地区工程地质勘测工作中的一个重要内容。 确定上限深度的基本方法,是在最大融化深度达到时间(9、10月份),通过现场勘探或测温直接确定。但由于东北多年冻土地区多为衔接的多年冻土,不衔接的仅存在于大中河流的河床底部,大河岸边,岛状多年冻土区邻近季节冻土区的边缘地带,以及经过人类活动     

东北冻土区积雪深度时空变化遥感分析

积雪作为冰冻圈的重要组成部分,对地面有保温作用,在消融时又吸收热量降低地面温度,影响冻土发育,对气候的变化十分敏感。利用微波遥感数据1979-2014年逐日中国雪深长时间序列数据集,采用GIS空间分析和地学统计方法,分析了东北冻土区积雪深度的时空变化规律及其异常变化。结果表明,东北冻土区多年平均雪深为2.92 cm,年平均雪深最高值出现在岛状多年冻土区,最低值出现在季节冻土区。东北冻土区年平均积雪深度变化以减少为主,占区域面积的39.77%,减少速率为0.07 cm·（10a）^-1。东北冻土区年平均积雪深度在1986年发生突变,开始出现减少的趋势,这与气温突变年份较为吻合。受地形和气温变化影响,年平均积雪深度减少的敏感区域主要发生在岛状多年冻土区。气温是影响东北冻土区年平均积雪深度变化最主要的因素,降水量、风速、湿度、日照时数对积雪深度均有影响。季节冻土区积雪深度对气候的敏感性要大于多年冻土区。     

自然生态环境的改变对岛状多年冻土工程地质条件的影响

在我省北部分布有连续和岛状多年冻土，以往的“规范”及有关资料中，多采用“保持冻结”的设计原则。但近些年很多资料表明，在筑路过程中由于自然生态环境发生不同程度的变化，导致岛状多年冻土发生部分或全部融化而产生融沉，从而使路面损坏。本文以实例说明自然生态环境破坏前后路基岩土工程地质的变化情况。并建议在这些地区不宜采取“保持冻结”的设计原则，而应视具体情况确定设计原则。     

黄河源区高寒植被主要特征初探

位于青藏高原东北部多年冻土与季节冻土交错带的黄河源区高寒生态环境及其变化一直备受关注. 气候变暖、冻土退化条件下,为了解黄河源区不同冻土区植被状况,在源区布设了4个场地：查拉坪（CLP,源区南部连续低温多年冻土区）;扎陵湖南岸（ZLH,源区中南部岛状多年冻土区）;麻多乡（MDX,源区西部的不连续多年冻土区）;鄂陵湖北岸（ELH,源区中北部季节冻土区）. 结合植被调查和场地监测,分析了源区各冻土区植被的差异. 结果显示：总体上低温多年冻土区植被盖度、多样性指数高,表现为连续多年冻土区（查拉坪）>不连续多年冻土区（麻多乡）>季节冻土区（鄂陵湖北岸）,其中岛状多年冻土区（扎陵湖南岸）例外,该场地平均盖度最低,多样性指数介于查拉坪和麻多乡之间,局部植被退化较严重. 均匀度指数均表现为扎陵湖南岸最高,查拉坪次之. 地上生物量调查结果显示：查拉坪>麻多乡>扎陵湖南岸>鄂陵湖北岸,且鄂陵湖北岸出现指示植被退化的植物. 尽管黄河源区高寒植被研究为理解冻土退化条件下的生态环境变化提供了一些基础数据,评估气候变化和冻土退化的生态和水文效应需要更系统的调查和监测研究.     

多年冻土地区公路筑路技术研究现状与新课题

分析了中国多年冻土地区公路修筑技术的研究现状, 介绍了青藏公路沿线多年冻土三期科研工作、青藏高原东部退化性多年冻土的研究成果和小兴安岭岛状多年冻土的研究方向. 在总结科研与实践工作的基础上, 提出了多年冻土地区公路修筑技术的相关研究课题和新思路.     

青藏高原末次盛冰期和全新世大暖期多年冻土边界变化的探讨

位于中低纬的青藏高原多年冻土是第四纪高原隆升和冰期气候叠加的产物,与高纬多年冻土相比,具有厚度薄和不稳定的特点,对全球变化反应敏感.因此,评价冰期-间冰期多年冻土扩张-收缩过程和其范围重建,是研究高原环境变化的重要工作.本文依据青藏高原及周边地区温度数据和《中国冰川冻土沙漠图》,对青藏高原现代大片多年冻土、岛状多年冻土和高山多年冻土分布进行恢复.依据来自冰川、冰缘和湖泊等证据,采用末次盛冰期气温较现代低7℃,全新世大暖期气温较现代高4℃,进行末次盛冰期和全新世大暖期多年冻土分布重建.重建结果表明:末次盛冰期多年冻土扩张明显,面积约为现代冻土面积的195％;末次盛冰期大片多年冻土几乎覆盖整个高原,岛状多年冻土向东扩张明显,向西范围逐渐收缩变窄,高山多年冻土在喜马拉雅山、祁连山和横断山脉等地区扩张明显.全新世大暖期多年冻土明显收缩,面积是现代多年冻土的73％;大片多年冻土收缩幅度较小,岛状多年冻土在高原东南部收缩明显,高山多年冻土在喜马拉雅山脉、祁连山脉、横断山脉等高海拔山地发育.     

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.     

青藏高原通天河盆地的多年冻土分布特征及其融区的发展趋势

青藏高原腹部地带的通天河盆地,具有高海拔、低气压、气候严寒多变、冻结期长等特点,理应是多年冻土发育之地区。但事实并非如此,而是融区分布范围相当广泛,就多年冻土区中,也存在着局部的岛状融区。并且这里的多年冻土,以年平均地温高、厚度薄、不稳定、无厚层地下冰等特征而区别于邻区。 形成这样广泛的融区并非偶然,笔者认为除地形、地貌、岩性特征,严寒多变的气候,地表光秃粗糙,河床宽浅等条件有关外,主要则是区域性的地壳构造活动所致。因在融区的形成和发展过程中,直接起控制作用的是地温,而地温又主要取决于地壳内部的地热,及地壳外部的气候条件这两个因素。同时,根据现有资料的分析,笔者认为此融区今后发展的总趋势是缩小(退化)。     

中俄管道(漠河—乌尔其段)多年冻土环境工程地质区划和评价

在汇总大量勘察资料的基础上,充分考虑冻土区输油管道工程的特点,以及管道与冻土之间的相互作用和过程,重点阐述中俄输油管道沿线多年冻土环境工程地质条件,确定出中俄管道沿线冻土环境工程地质区划原则和指标。按不同类型多年冻土的区域分布规律及面积比率,并考虑地温、厚度及植被变化等特征,分成4个冻土工程地质区,即漠河—瓦拉干片状冻土区、瓦拉干—劲松大片融区的多年冻土区、劲松—加格达奇岛状多年冻土区和加格达奇—乌尔其零星多年冻土区。然后按多年冻土含冰(水)量类别,并兼顾土层冻胀、融沉分类级别,又在4个区内共划分出151个冻土类别地段,依次按区分级进行评价,最后将这151个地段归纳为4种类型的工程地质地段:良好、较好、不良、极差。     

东北北部多年冻土的退化现状及原因分析

在全球范围内,我国东北冻土区是受气候变暖和人为活动影响最显著的地区之一.近几十年来,区内冻土退化显著,大兴安岭多年冻土退化主要表现为多年冻土上限下降,温度升高,厚度减薄,融区扩大;多年冻土岛消失及多年冻土南界北移等几个方面.多年冻土退化的主要自然原因归结于气候变暖,特别是冬季变暖,降水和积雪时段和厚度等气候变化因素.以城镇化、重大工程建设为代表的人类活动,已对该区冻土和环境产生深刻影响,导致了多年冻土的快速、显著和大规模退化,但其影响机制的合理解释还需深入研究.     

祁连山区多年冻土空间分布模拟

祁连山区位于青藏高原东北边缘,是亚洲水塔重要的组成部分,多年冻土的变化对生态系统和水资源平衡有着重要影响。基于青藏高原第二次综合科学考察、道路勘察钻孔点以及前人所获得的多年冻土下界资料,回归得出祁连山区多年冻土下界统计模型,借助ArcGIS平台在DEM数据的支持下,模拟出祁连山区多年冻土空间分布图。结果表明：祁连山区多年冻土分布的下界具有良好的地带性规律,表现为随经纬度增加而降低的规律;祁连山区多年冻土在空间分布上呈现出以哈拉湖为中心向四周扩散的分布格局;祁连山区总面积约为16.90×10⁴ km²,其中多年冻土面积约为8.03×10⁴ km²,占总面积约47.51%。多年冻土区与季节冻土区之间存在着有不连续多年冻土分布的过渡区,过渡区面积约1.43×10⁴ km²,占总面积约8.46%。     

大兴安岭北部多年冻土区植被对活动层厚度变化的响应

植被与多年冻土共同维系着大兴安岭地区的冷湿环境。随着全球气候变暖,大兴安岭多年冻土已发生严重退化,植被的生长也受到影响。在大兴安岭北部多年冻土区设置55个采样点,每个采样点采集多年冻土活动层厚度、林下灌木生物量和落叶松胸径树龄等指标,同时借助增强型植被指数（EVI）在区域尺度比较大片多年冻土区和岛状融区多年冻土区的植被生长状况。结果表明：黑龙江呼中国家级自然保护区（简称呼中保护区）活动层厚度的平均值为（0.47±0.14） m,保护区周边为（0.83±0.38） m,呼中保护区周边的活动层厚度大于保护区内。大片多年冻土区的活动层厚度平均值为（1.04±0.47） m,小于岛状融区多年冻土区的（1.40±0.41） m。呼中保护区和周边灌木生物量的平均值分别为（201.75±71.70） g·m^-2和（259.10±111.14） g·m^-2,胸径与树龄比值的平均值分别为（0.20±0.08）和（0.26±0.14）。大片多年冻土区和岛状融区多年冻土区林下灌木生物量的平均值分别为（128.31±63.33） g·m^-2和（199.04±66.13） g·m^-2,胸径树龄比的平均值分别为（0.30±0.13）和（0.59±0.21）。活动层厚度大的区域,灌木的生物量以及落叶松胸径树龄比都大于活动层厚度小的区域,表明活动层厚度增加对灌木和乔木的生长有一定的促进作用。EVI的结果显示岛状融区多年冻土区植被的生长状况以及植被覆盖情况好于大片多年冻土区,从区域尺度证明了多年冻土对植被生长存在限制作用。研究结果对于深入理解多年冻土变化及其环境效应具有重要意义。     

施雅风先生与中国冻土研究

施雅风先生不仅是"中国冰川之父",对中国冻土研究的开创和发展,施先生也功不可没.全国解放前,对中国的多年冻土仅有不多的、零星的报道.1952年后,由于大兴安岭的林业开发和森林铁路的兴建,铁道和林业部门对东北多年冻土开始了调查和资料收集.1956年,辛奎德、任奇甲在《地质知识》上发表了题为"中国东北地区多年冻土的分布"的文章.1958年,铁道部第三设计院出版了《多年冻土的工程地质和铁路建筑》一书,初步比较全面地总结了兴安岭地区的冻土调查与观测资料,以及冻土工程地质勘测和铁路建筑方面的一些成功经验和失败教训.此外,1957～1959年中苏黑龙江综合考察队在黑龙江沿岸某些地段曾做过专业性的冻土调查.1954年,青藏公路通车,也传出了青藏高原有多年冻土分布的信息.但这一时期的冻土研究均较分散,且不系统.     

中俄输油管道(漠河-大庆段)主要冻土环境问题探析

中俄输油管道(漠河-大庆段)全长约965 km,其中穿越不连续多年冻土区约 441 km.管道穿越中国东北大兴安岭山地丘陵和松嫩平原的北部.沿线地形复杂,冻土类型及分布情况复杂.该区是中国东北主要的寒温带森林、冻土湿地分布地区,冻土生态环境比较脆弱.管道建设将不可避免的影响到沿线植被、冻土、湿地、水资源和野生动植物等生态要素.分析了管道沿线多年冻土区主要的冻土环境特征,工程地质和环境风险问题,并提出了一些建议.由于冻土区管道在商业运行的初期和后期,发生各类泄漏事故的几率较高.因此,中俄输油管道还需准备应急预案和措施.     

中俄输油管道(漠河-大庆段)主要冻土环境问题探析

中俄输油管道(漠河-大庆段)全长约965km,其中穿越不连续多年冻土区约441km.管道穿越中国东北大兴安岭山地丘陵和松嫩平原的北部.沿线地形复杂,冻土类型及分布情况复杂.该区是中国东北主要的寒温带森林、冻土湿地分布地区,冻土生态环境比较脆弱.管道建设将不可避免的影响到沿线植被、冻土、湿地、水资源和野生动植物等生态要素.分析了管道沿线多年冻土区主要的冻土环境特征,工程地质和环境风险问题,并提出了一些建议.由于冻土区管道在商业运行的初期和后期,发生各类泄漏事故的几率较高.因此,中俄输油管道还需准备应急预案和措施.     

小兴安岭黑大公路沿线多年冻土分布及退化状态

黑大公路沿线多年土主要分布于黑河－北安段，属小兴安岭岛状多年冻土区，该区存在的多年冻土是晚全新世寒冷时期的产物，现处于欧亚多年冰土南界边缘，多年冻土发育在低洼、地表积水、塔头草生长茂密、草炭和泥炭发育的沼泽化湿地当中，沼泽湿地独特的热交换特性决定了其中发育的多年冻土处于退化的最晚阶段，冻土的退化在自然条件下可能依赖于由于至上的地下热流。多年冻土的地温剖面表现为零梯度曲且冰土温度接近于0℃，由此决定了多年冻土对人为活动干扰的敏感性。