寒冻风化控制的祁连山风化碎屑的空间分布

寒冻风化是冰缘地貌区及高寒山区的主要物理风化过程,其提供的风化碎屑物质是该区域崩塌等灾害性地貌过程的主要物质来源。由于寒冻风化对基岩的破碎是由温度控制的累积过程,过去温度变化对地貌演化具有重要意义,但其时间尺度的选取尚需进一步探究。因此本文选取祁连山北部为研究区,通过对比分析风化碎屑的空间分布特征与不同时间尺度温度变化控制的平均寒冻风化强度的空间分布特征,探讨干旱半干旱高寒山区风化碎屑空间分布的主要控制因素。结果显示,万年尺度及十万年尺度平均寒冻风化强度的高值与风化碎屑边界存在较好的空间一致性,祁连山西段万年尺度平均寒冻风化强度的高值与风化碎屑边界的空间相关性优于十万年尺度。本研究同时指出,温度升高导致寒冻风化的作用区向高海拔区域移动,进而产生新的高风险灾害区域。本研究强调寒冻风化对灾害性地貌过程的调控作用,为全球变暖背景下灾害性地貌过程的预测提供了新的思路,可以成为防灾减灾决策的重要参考。     

Influence of fines content on the anti-frost properties of coarse-grained soil

This paper aims to determine the optimal fines content of coarse-grained soil required to simultaneously achieve weaker frost susceptibility and better bearing capacity. We studied the frost susceptibility and strength properties of coarse-grained soil by means of frost heaving tests and static triaxial tests, and the results are as follows:(1) the freezing temperature of coarse-grained soil decreased gradually and then leveled off with incremental increases in the percent content of fines; (2) the fines content proved to be an important factor influencing the frost heave susceptibility and strength properties of coarse-grained soil. With incremental increases in the percent content of fines, the frost heave ratio increased gradually and the cohesion function of fines effectively enhanced the shear strength of coarse-grained soil before freeze-thaw, but the frost susceptibility of fines weakened the shear strength of coarse-grained soil after freeze-thaw; (3) with increasing numbers of freeze-thaw cycles,the shear strength of coarse-grained soil decreased and then stabilized after the ninth freeze-thaw cycle, and therefore the mechanical indexes of the ninth freeze-thaw cycle are recommended for the engineering design values; and (4) considering frost susceptibility and strength properties as a whole, the optimal fines content of 5% is recommended for railway subgrade coarse-grained soil fillings in frozen regions.     

Determination of allowable subgrade frost heave with the pavement roughness index in numerical analysis

Frost heave is an upward swelling of soil during cryogenic conditions in cold regions. It is caused by the accumulation of ice crystals in subgrade soil, which grow upwards when freezing temperatures penetrate into the subgrade. This study establishes the allowable soil subgrade frost heave based on the roughness standard of asphalt pavement in China, and aims to balance the pavement design and frost heave resistance of subgrades in cold regions. We formulated a mechanical model of pavement supported by the boundary conditions of differential frost heave, based on the elastic layered system theory. The differential soil subgrade frost heave was modeled as a sinusoidal function, and the allowable frost heave and the roughness index were modeled as the displacement boundaries for the top and bottom of the pavement structure. Then the allowable frost heave was back-calculated according to the roughness standard. Numerical results show that the allowable frost heave depends on the pavement structure, material properties, the highway grade, and other factors. In order to ensure that the actual soil subgrade frost heave is lower than the allowable frost heave, pavement structures and materials need to be selected and designed carefully. The numerical method proposed here can be applied to establish the frost heave resistance of subgrade when the pavement structure and materials are determined.     

Frost heaving in ballast railway tracks

Frost heaving is a well-known phenomenon in cold regions, which may occur in wet clayey grounds during winter. Railway track upheaval occurring in cold regions during the winter is generally understood as frost heaving in the subgrade layer. However, it has been confirmed that upheaval due to frost heaving sometimes occurs in the ballast layer. This understanding has been observed in active railways in northern Japan. The samples collected from ballast and subgrade layers have been examined for frost heave susceptibilities and confirmed that ballast layers which contain fines may heave.     

中天山坡地冰缘地貌的若干问题

由 1985—1989年野外调查结果和定位重复观测资料可知,本区坡地冰缘地貌的分布特征为:1.各类坡地冰缘形态彼此具有成因联系;2.不同序次的冰缘地貌类型具有各自的时空分异;3.不同的坡地冰缘地貌类型在一定条件下可有所转化。再则,本区风化以寒冻剥裂和寒冻楔入为主,呈现在时空和状态上为不可逆过程的耗散结构。     

2007/2008年冬季雨雪冰冻灾害的副热带高压环流背景与变异特征

基于NCEP/NCAR提供的1958—2008年逐日再分析资料,对2007/2008年冬季我国雨雪冰冻灾害期间副高指数特征与El Nino/La Nina年平均冬半年副高指数特征以及50a平均冬半年副高指数特征进行对比分析。采用交叉小波和小波相干分析方法,进一步分析了它们之间的相关性和异同性以及对大气环流的影响,揭示了2007/2008年我国南方雨雪冰冻灾害期间副热带高压活动与环流变异特性的一些基本特征,如La Nina事件冬季(尤其是中等强度La Nina事件年份的冬季),副高通常比一般年份副高的平均位置偏北。     

青海省近45年霜冻变化特征及其对主要作物的影响

利用青海省22个地面气象站1961-2005年霜冻气候资料及日最低气温资料,对东部农业区、柴达木盆地等地的霜冻气候变化特征以及对主要作物的影响进行研究。结果表明：45年来,青海省大部分地区早（秋）霜冻初日推迟,晚（春）霜冻终日提前,无霜冻期延长。东部农业区霜冻初日推迟、终日提前的趋势最为明显,柴达木盆地次之,祁连山地区和青南高原霜冻初日推迟趋势较明显,而终日提前趋势不明显;大部分地区重霜冻频数减少,强度减弱,春霜冻期低温强度变化趋势较秋霜冻期明显;气候变暖使早霜冻危害减轻,晚霜冻危害加重。     

博州农区近50年终霜冻的变化趋势

利用博州农区3个气象站1958-2007年的终霜冻观测资料,分析了其变化趋势。结果表明：博州不同地区终霜冻出现时间差异较大,温泉地区较博乐、精河地区分别偏早15d、20d;在博州自东向西随着海拔高度的增加,终霜冻的变幅增加,不稳定性增加;博州农区终霜冻的变化均呈提前趋势,博乐、精河、温泉三地又以博乐最为明显,提前速率为0.17d／a;博州农区终霜冻的变化具有明显的阶段性;博州三地终霜冻年际变化均具有4-5a、15a的振荡周期,而温泉还具有不同于其他两地的35a振荡周期。     

河北省极值气温变化特征

利用河北省60个气象观测站资料,对全省近50年极值气温变化特征进行了分析,结果表明:极端最高气温线性变化趋势不明显,但年代际变化特征突出,而极端最低气温线性升高趋势明显。低于-30℃的极端寒冷日呈线性减少趋势,而高于40℃的极端炎热日线性变化趋势不明显,但年代际变化特征突出,20世纪90年代后期以来呈多发的特点。最低气温出现偏冷段(-10℃)的天数呈线性减少趋势,出现在偏暖段(20～30℃)的天数呈线性增加趋势,在其他界限气温的天数变化趋势不明显。最高气温出现在偏冷段(-30～0℃)的天数呈明显减少趋势,在其他界限气温的天数变化趋势不明显。河北省无霜期、无冰冻期均呈明显延长趋势,平均每10年分别延长4.5天、4.6天。年平均最高气温、最低气温和平均气温都呈显著的线性升高趋势,平均每10年分别升高0.21℃、0.45℃、0.30℃,低温升温速率明显大于高温升温速率。日较差呈逐年减小趋势,平均每10年减小0.25℃。空间上最低气温表现为全省明显升高,而最高气温升温主要集中在中北部和东部沿海地区,南部升温不明显,日较差大部分地区为逐渐减小趋势。     

冬小麦晚霜冻害时空分布与多时间尺度变化规律分析

冬小麦晚霜冻害主要发生在中国的黄淮区域,河南占黄淮区域面积较大,是中国小麦的主要产地,又是晚霜冻害的重发区,因此文章以河南为例,从构成晚霜冻害的最低温度和小麦发育期两个因素出发,提出了晚霜冻害指数构建方法,使晚霜冻害指标定量化,并从多年数据库中计算出逐年晚霜冻害发生强度和发生天数.由于小麦发育期观测资料序列较短,影响了大尺度小麦晚霜冻害变化规律的分析,因而提出了冬小麦发育期资料推算方法;对计算出的近50年晚霜冻害资料进行EOF分析和Morlet小波分析,以发现晚霜冻害的时空分布与多时间尺度变化规律.结果表明:冬小麦晚霜冻害发生频率较高,高发区频率超过40%,且在20世纪70-90年代有增多的趋势;发生强度和天数变化趋势基本相似,具有发生强度较重区对应着发生天数较多区的趋势,且前者对小麦产量的影响大于后者;晚霜冻害发生强度的重发区分布在豫东南和豫西南,轻发区主要分布在淮河以南及豫西部分地区,其中第1模态分布型存在16年、第2模态分布型存在准2年的多时间尺度变化规律;发生天数的多发区主要分布在豫北北部和豫西南边界,少发区在豫东北及豫西南中部,其中第1模态分布型存在着准4年、第2模态分布型存在准3年和准6-7年的周期.