冻土-气候关系模型评述

冻土-气候关系模型是目前冻土学领域的研究热点,评述了冻土对气候系统的响应模型以及陆面过程模型中的各种冻土参数化方案.建立在传热学基础上的物理模型具有动态性、普适性的优点,适合于冻土工程计算,当把它们推广到面上时,需要对其进行简化.经验模型大都只使用有限的变量,与地理信息系统结合紧密,因此模型具有空间性,较为适合于冻土制图.陆面过程模型中的冻土参数化目前有3类方法:1)限定或修正水热参数;2)比较单位土层中耗热或放热量与可耗热或可放热量而计算产冰率;3)使用土壤基质势定义土壤冻结后的未冻水含量.现有的陆面过程模型中的冻土参数化方案需要进一步的改进.     

青藏铁路沿线地表和路基表面热力学模式(Ⅰ):物理过程与实验方案

路基表面的热状况具有时空分布的非均匀性,筑建在冻土区的路基,其下伏冻土层对上边界非均匀热强迫的响应,会引起冻土层的冻胀、融沉非均匀变化,进而造成路基的变形失稳.因此,了解路基表面热状况的时空变化规律对监测和防治路基冻融病害、保证路基稳定性具有重要意义.鉴于此,从热力学研究角度出发,以气候影响因子-大气辐射传输-地气交接面辐射特性-地气间热量交换为研究主线,基于能量守恒原则,建立针对青藏铁路沿线地表、路基上表面和路基左右边坡表面的普适性热力学数值模式,用于高海拔青藏铁路全线的任意坡度和走向的路基表面热状况的定量化研究与应用.     

应用冷却路基原理建设青藏铁路

More than half of the total length of the Qinghai-Tibet Railroad (QTR) traverses warm (0 to-1℃) permafrost areas, and about 40% of its total length is in ice-rich permafrost areas. Thc construction of the QTR also must consider the impacts of climatic warming along the QTR during the next 50～100 years. The latest projection indicates a warming of 2.2 to 2.6℃ on the Qinghai-Tibet Plateau (QTP) by the year 2050. Therefore, the key to the successful construction of the QTR is to protect permafrost from being thawed. Although railroad construction in permafrost areas has had a history of more than 100 years, the troubled sections of the railroads in permafrost areas have been greater than 30% of their total length. Based on the experiences and lessons learned from the road construction in permafrost areas, both in China and abroad, the author proposes that the principle of “active cooling” of railroad roadbed by lowering permafrost temperatures should be used in designing QTR, rather than that of “passive protection” of permafrost through increasing thermal resistance of roadway, such as increasing fill thickness and/or using insulative materials. This is especially important for the road sections in warm, ice-rich permafrost. In addition, this paper proposes several methods for “cooling the roadbcd” by controlling radiation, convection and conduction through modifying roadway structure and using different fill materials.     

青藏高原地表温度的比较分析

利用青藏高原改则、甘孜、拉萨和那曲气象站的地面水银温度计观测的地面0 cm温度和地面向上、大气向下长波辐射观测资料,计算和比较分析了地面水银表温度与地表辐射温度的差异.分析表明,由于地面水银温度计接触式测温方法的局限性,使得气象台站观测场地的地面水银表温度存在较大的误差：在裸露地表,夏季白天的正偏差可达4℃以上,夜间的负偏差在-2℃左右;在稠密植被地表,白天正偏差最高可达16℃以上,夜间的负偏差可达-3℃.由于偏差的不均衡性和离散性,即使对地面水银表温度作简单平均或积分平均处理,其代表性仍然很差.在对地表温度准确性要求较高的定量化研究与应用中,应避免直接采用地面水银表温度资料,即使由于资料缺乏而以其代之,也应对其采取适当的订正补偿等处理措施.随着科学研究对地表温度准确性的更高要求,推广使用地表辐射测温的观测方法是必要的.     

虚拟水战略新论

根据在我国干旱区的实践, 更新了对虚拟水战略的解释.首先, 辨析Allan虚拟水战略具有的局限性, 在此基础上采用扩展的分析框架, 重新定义了虚拟水战略: 贫水地区为了实现水安全, 提高生活质量, 充分利用各种社会资源, 打通优化配置水资源(实体水+虚拟水)渠道的一个过程; 然后, 阐述了实施虚拟水战略的关键是要找到发展二、 三产业的具体途径--即在更大的范围内形成正反馈环.最后, 结合生态经济的实践, 论证了甘肃河西干旱区张掖市当前采取的生态经济之路就是在实施虚拟水战略.     

地面冻结数模型及其在青藏高原的应用

地面冻结数模型可用于分析、模拟和预测多年冻土的分布, 在高纬冻土地区有比较成功的应用. 然而Nelson提出的地面冻结数模型并不具备明显的物理意义, 往往被归入经验统计范畴. 从Stefan公式出发, 重新推导并详细讨论了地面冻结数模型, 使冻结数F=0.5作为多年冻土与季节冻土的分界线具备明确的物理意义. 重新推导后的模型增加了一个影响冻土形成和发展过程的并取决于岩土冻融性质的因子E, 原Nelson地面冻结数模型可作为E=1时的特例给出. 根据青藏高原实测地面温度资料, 针对不同的E值, 分别模拟了青藏高原的冻土分布情况. 对比分析表明, 处在多年冻土南北界附近的土壤性质较明显影响了多年冻土在这些区域的分布情况, 通过对参数E的调参, 可以更好地模拟多年冻土的真实分布情况.     

青藏高原冻土链霉菌分离菌株多样性及其生理活性的研究

以青藏高原腹地北部地区5个钻孔中采集的冻土样品为材料, 采用高氏1号琼脂和甘油精氨酸琼脂两种培养基, 分离得到54株可培养放线菌.经形态学初步鉴定并结合16S rDNA序列分析, 将分离菌株归入链霉菌属. 抑菌实验和生理生化特性研究发现, 24%的链霉菌对供试病原菌有抑菌活性, H₂S、 有机酸、 H₂O₂酶、 脂酶Ⅰ(Tween-20)、 脂酶Ⅱ(Tween-40)、 脂酶Ⅲ(Tween-80)、 淀粉酶、 蛋白酶、 脲酶产生菌分别占分离菌株的56%、 28%、 93%、 22%、 67%、 41%、 43%、 61%、 57%. 结果显示, 青藏高原冻土蕴藏有丰富的放线菌资源, 其次级代谢产物的丰富性和多样性, 对开发研究放线菌资源具有重要价值.     

青藏高原清水河多年冻土区湖沼环境变迁

１９９４年１０月,利用钻探取样方法获得了位于青藏高原多年冻土区的清水河孔深为８．３ｍ的Ｑ１孔湖沼沉积物样品,对该孔５０－６４０ｃｍ样品的有机地球化学分析结果表明,剖面样品中有机质具有相同的成熟度,且具有有机碳、氢指数、可溶有机质和族组成相同的变化特征,样品正烃碳数分布在Ｃ１６－Ｃ３５之间,主峰为Ｃ２３,高碳戏呈明显的偶奇优势,表明它们来源于植物。ＯＥＰ值大于２,Ｐｒ／Ｐｈ均大于１,反映沉积环境处于     

概念性水文模型在出山径流预报中的应用

根据HBV水文模型的基本原理，建立了西北干旱区内陆河出山径流概念性水文模型。该模型反映了我国西部山区流域的径流形成特征，将山区流域划分为高山冰雪冻土带和山区植被带两个基本海拔景观带来对山区径流的形成和汇流过程进行模拟计算，以常规气象站的月气温和降水量为模型的初始输入，模拟计算月出山径流量。应用该模型对河西走廊黑河祁连山北坡的山区流域水量平衡进行了模拟计算，并对年径流和逐月分配进行了预报。结果表明，从枯水年到丰水年，降水量、蒸发量、径流量和径流系数均增加，而冰川融水和积雪融水对出山径流的补给比重则减少，这表明了冰雪融水对径流的具有调节作用。黑河山区流域径流系数远比干旱内流区的平均值大，但要小于全国的平均径流系数。所提出的内陆河山区流域出山径流的模拟和预报模型对年径流量和月分配的预报具有较好的精度，可用于黑河以及其他西北干旱区内陆河出山径流的预报，为内陆河流域中下游的水资源分配和开发利用提供依据。     

青藏铁路沿线平均最高最低气温变化趋势预测及其概率估计

根据实测月最高最低气温资料，建立了1955—2000年青藏铁路沿线各站平均最高最低气温序列，最低气温在1975年以前偏冷，最冷的1960年代，比多年平均偏低1．4℃；1975年以后偏暖，到2000年气温距平达 1．4℃；最高气温的变化大体与前者相反，1960年代比多年平均气温偏暖约0．1℃，1970年代和1980年代偏冷约0．2℃，进入1990年代后才逐渐升高，2000年气温距平达 0．8℃。利用近1000年的太阳黑子周期长度(SCL)约有41，58，76，90和200年的5个显著周期及均生函数正交化筛选方案，预测21世纪SCL比20世纪平均长1年，在2055年达到极长年份12．4年，2068年转为极短年份10．6年。根据IPCC报告中未来100年大气CO2浓度的估计值(B2方案)，研究了未来50～100年青藏铁路沿线平均最高最低气温变化趋势。同时，作为试验，利用事件概率回归估计模式预测，相对于1990年代而言，青藏铁路沿线平均最高(最低)气温到2050年升高0．4℃(2．4℃)的概率为66％(74％)；到2100年升高1．4℃(6．9℃)左右的概率为85％(62％)。