用估算热收支的方法评价热棒制冷效果

利用青藏铁路路基地质钻孔资料和地温资料,通过计算随地温变化的热收支、来自近地表的热量、来自深部的热量、以及冻土上限变化引起的相变热,来估算测温孔在水平方向的热收支.通过对比热棒路基、普通路基的右路肩孔以及天然孔水平热收支的差异,来描述热棒的工作效果.之后,对比了热棒路基左路肩孔(阳坡)和右路肩孔(阴坡)水平热收支的差异,并给出解释.最后,以热棒路基右路肩孔水平热收支为基础估算了整个路基的水平热收支,进而给出了单个热棒的平均"产冷量".     

青藏高原多年冻土活动层土壤水分对高寒草甸覆盖变化的响应

对青藏高原高寒草甸30%、60%和93%三种覆盖度下,多年冻土活动层的土壤水分随季节变化的观测研究,结果表明:多年冻土活动层土壤水分分布对植被覆盖变化响应强烈.年内不同时期,植被覆盖度为65%和30%的土壤表层20cm深度内水分含量及分布相似,每次降水后30%覆盖度土壤水分的变率略大于65%覆盖度的;而93%覆盖度土壤水分在年内解冻开始到冻结前均小于前两种覆盖类型;植被覆盖度越小,土壤冻结和融化响应时间越早,响应历时也越短;浅层土壤冻结和融化对植被覆盖度的响应程度较强,接近深层土壤冻结和融化对植被覆盖度的响应程度降低.覆盖度为30%和65%土壤水分在整个冻结过程的减少幅度比93%覆盖度土壤大10%～26%,而融化期水分增加幅度更大为1.5%～80%;土壤冻融的相变水量对植被覆盖度变化响应明显,植被覆盖度降低,土壤冻结和融化相变水量增大.由于受植被蒸腾与地表蒸散发和土壤温度梯度的影响,融化期土壤剖面的水分重新分配,总体上呈现水分向剖面上部和底部迁移,剖面中部60～80cm深度左右的土壤出现"干层".     

热融湖塘对多年冻土的热影响

以发育于青藏高原多年冻土区的红梁河热融湖塘为例,研究了热融湖塘附近土体的热状态变化特征,以及其对湖岸多年冻土上、下限影响情况.结果表明:热融湖塘侧向热影响改变了热融湖塘下部和周围区域土体的热状态,使周围土体热状态处于动平衡状态,既受热融湖塘的热影响,也受到周围多年冻土的热影响.热融湖塘对周围浅层土体温度和多年冻土上限影响相对较小,但热融湖塘热影响引起了湖岸边缘的多年冻土上限增大和地温升高.热融湖塘对深部土体温度和多年冻土厚度有较大的影响.     

积雪底部温度(BTS)方法在冻土分布调查和模型研究中的应用:研究进展

多年冻土的调查方法很多,如坑探、物探、遥感等,但相对于积雪底部温度(BTS)测量方法来说,这些方法都比较费时、费力、费钱.目前,BTS已经被成功应用于阿尔卑斯山等地多年冻土的调查研究,不过在国内的应用却是个空白.引入BTS方法,希望能为我国多年冻土的研究开辟一条新路.     

Monitoring of small and medium embankment dams on permafrost in a changing climate

Global climate warming which began in the second half of the twentieth century is continuing. It is associated with increased risks for ecological management, especially in permafrost areas comprising over 65% of Russia. Of special concern are dams constructed on permafrost. They are subject not only to climatic impacts, but also to additional hydrothermal loads from water reservoirs. This paper presents the concept of geocryological monitoring of dams and other water resource projects and substantiates its necessity in view of climatic change. It also presents methods, scope and implementation of geocryological monitoring at medium and small dams, considering the specific nature of Far Northern areas, as well as the complicated geotechnical, hydrogeological and permafrost conditions.     

Medium and small embankment dams on permafrost: A discussion of current concepts

This article discusses the current concepts of dam design and construction in permafrost regions. It is demonstrated that embankment dams often change their state from frozen to thawed and back during the operation period. It is shown that these transitions are not always attributable to observed climate warming. Where geotechnical, hydrogeological, and permafrost conditions are complicated, proper performance of embankment dams can only be provided by adhering to a selected thermal design for, as an example, a frozen state.     

祁连山冻土区水合物DK3和DK6钻孔中微生物脂肪酸特征及意义

利用脂肪酸法分析祁连山冻土带水合物区DK3(含水合物)与DK6(不含水合物)钻孔岩心中微生物多样性。本研究获得C12到C24二十六种脂肪酸(FA),可以分成直链饱和脂肪酸(SSFA),支链饱和脂肪酸(BSFA),单键不饱和脂肪酸(MUFA),环丙烷脂肪酸(CFA)和多键不饱和脂肪酸(PUFA)五大类型,其中SSFA相对含量最高。由于特异性的脂肪酸指示特异性的微生物类群,得出两根岩心中微生物类群主要由革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌组成。运用PAST(Palaeontological statistics,version 1.21)软件对已获得的脂肪酸进行主成分分析和聚类分析,得出DK3与DK6岩心的微生物组成并无显著性差异,但是DK3岩心中含水合物层位与不含水合物层位微生物组成有差异,DK6岩心中有水合物异常的层位与无异常的层位有差异。发现C16:1和C18:1这两类脂肪酸与甲烷异常有很好的对应关系,从另一方面证明了水合物异常影响微生物组成分布。本次研究首次获得冻土沉积物中FA组成特征,丰富了FA的分布范围,研究结果扩大了真菌的分布深度,具体机理有待更多的实验证明。     

基于MODIS温度的青藏高原多年冻土活动层厚度变化研究

基于MODIS温度数据,采用TTOP模型和Stefan公式模拟了青藏高原地区的冻土分布并计算了活动层厚度,并与地面观测结果进行了对比。结果表明：2003—2019年青藏高原多年冻土面积为1.01×10⁶ km²;多年冻土活动层厚度区域平均值为1.79 m, 活动层厚度区域平均的变化率为3.67 cm/10a,且草甸地区的变化率明显大于草原地区,5100~5300 m高程带的活动层厚度变化速率最大。     

Permafrost‐thaw‐induced land‐cover change in the Canadian subarctic: implications for water resources

Climate warming and human disturbance in north‐western Canada have been accompanied by degradation of permafrost, which introduces considerable uncertainty to the future availability of northern freshwater resources. This study demonstrates the rate and spatial pattern of permafrost loss in a region that typifies the southern boundary of permafrost. Remote‐sensing analysis of a 1·0 km² area indicates that permafrost occupied 0·70 km² in 1947 and decreased with time to 0·43 km² by 2008. Ground‐based measurements demonstrate the importance of horizontal heat flows in thawing discontinuous permafrost, and show that such thaw produces dramatic land‐cover changes that can alter basin runoff production in this region. A major challenge to northern water resources management in the twenty‐first century therefore lies in predicting stream flows dynamically in the context of widely occurring permafrost thaw. The need for appropriate water resource planning, mitigation, and adaptation strategies is explained. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

多年冻土区输油管道-管周冻土热力相互作用研究进展

冻土区管道工程建设面临冻土工程特性及相关地质问题的严重挑战,开展管道-冻土相互作用研究对于解决管道稳定性问题具有重要的实际指导意义。综述国内外输油管道-冻土热力相互作用研究进展发现,目前研究集中在特定（定值或周期变化）油温下管周土温度场的定量描述以及差异冻胀/融沉下交界面处管道力学响应规律的解耦分析,缺乏完整时空序列的现场综合观测与管土界面特性及其动态演化研究。对管道防融沉措施进行归纳总结发现,各措施应用效果缺乏管道应力与变形数据的有效支持。应加强管道本身与管道沿线次生冻融灾害监测及相关数据获取,以此为校验开展管土界面特性及演化规律的系统研究,以便构建更为合理的管土接触面单元模型,将其和具有普适性的冻土模型相结合,植入有限元软件提高管土相互作用模型计算可靠性,并建议立足管道变形角度对防融沉措施的工程应用效果予以综合评价。