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。     

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.     

新疆香梨花期霜冻灾害风险评估模型构建及适用性分析

全球变暖和极端气候事件频发背景下,人们更加关注农林业生产面临的灾害风险。构建灾害预警指标,开展风险预警并提前防范,对于有效防灾减灾减损具有重要意义。基于新疆1981-2020年霜冻灾情、气象因子、香梨种植面积资料,计算香梨花期霜冻灾害危险性指数、暴露度和脆弱性指数,构建了霜冻灾害风险评估综合模型,并基于格点预报开展了香梨霜冻风险预警,对评估模型的适用性进行了验证。结果表明,过程最低气温、降温幅度、低温持续时间是霜冻灾害的主要致灾因子。春季霜冻危险性空间分布,总体呈现北部高、南部低的特点。香梨遭受春季霜冻的高风险区,主要分布在北疆西部、天山北坡的西部和中部以及南疆巴州北部、阿克苏市及其南部部分区域。基于气象实况和果园灾害调查结果表明,霜冻灾害风险评估模型和格点预报相结合,能较好地预报香梨霜冻风险分区、影响等级,与香梨霜冻灾害实际发生区域、受冻百分率基本一致,霜冻指标和风险预警模型具有合理性和适用性。     

1961—2010年青海省霜冻灾害变化特征及风险区划

基于青海省历史日最低气温、青海省农作物种植总面积、农作物产量等要素,运用数理统计构建致灾因子危险性、暴露性和灾损敏感性指数,采用图表法和指数乘积法开展青海省霜冻灾害变化特征及风险区划。结果表明,青海省作物种植区均有霜冻灾害,中心集中在东部农业区的门源、大通、互助、湟源和湟中,柴达木盆地东部的德令哈、都兰和乌兰,以及贵南和共和等地;发生时段主要在4—9月,5月发生频率最高;年际间霜冻灾害呈波动增加趋势,但趋势不显著,年代际间霜冻灾害呈显著波动增加趋势;霜冻灾害高风险区主要分布在东北部的门源、互助、大通和祁连东部。     

季冻土区临水内、外拱护墙结构冻胀特征分析及治理

为厘清季冻土区临水内、外拱护墙结构冻胀平位移冻害机理,测试隔离层防冻害装置的有效性,在20101110-20110531、20131110-20140531、20171110-20180531三个观测年内,以长春某湖泊临水内、外拱护墙结构为研究对象,选择内、外拱护墙结构和设隔离层防冻害装置的试验内拱护墙结构三者相对比,用钢尺量距法观测三者寒期的平位移状态。结果表明：内拱护墙结构出现倾斜、裂缝导致的内向冻胀平位移冻害,其内向平位移曲线随气温均呈"半驼峰型",对应观测年持续降温-持续低温-持续升温-正温时段,内向冻胀平位移呈减小-增大-减小-稳定残余的位移运动,诱因是平冻胀应力的生成-增长-减弱-消失作用;外拱护墙结构出现较小的外向冻胀平位移,外向冻胀平位移曲线均呈"波浪型",无冻害发生,冰凸拱平冻胀应力推动外拱护墙结构压缩冻土凹拱形成外向冻胀平位移,冻土凹拱限制了外向冻胀平位移发展;设隔离层防冻害装置的试验内拱护墙结构未发生平位移冻害,其内向冻胀平位移较自然冻胀的内拱护墙结构减小83.92%,较外拱护墙结构减小51.74%,表明隔离层防冻害装置防治冻胀平位移冻害有效。     

不同因素对排水沟渠水平冻胀力的影响

多年冻土地区的排水沟渠经常遭受水平冻胀力的破坏,严重影响构筑物的服役性能。根据青藏高原多年冻土区路基坡脚U型槽排水沟渠的现场试验,并通过数值计算与理论分析,分析了结构埋深、粗颗粒换填范围以及结构形式对其温度场和水平冻胀力的影响。结果表明：改变工况,对土体温度场分布的形状影响较小,仅对其大小有一定影响。不同工况下水平冻胀力均沿深度非均匀分布,最大水平冻胀力主要出现在结构中部,而其上部和下部较小,结构侧壁在1/2至1/3处易发生冻胀破坏。梯形结构所受的水平冻胀力较U型结构增大13%～15%左右,但其分布形式基本相同。因此,U型结构在降低水平冻胀力方面优于梯形结构。随着换填范围增大,排水沟渠的水平冻胀力最大值逐渐减小;对于埋深1.7 m的排水沟渠来说,其侧边的0～2.8 m是影响水平冻胀力的主要换填宽度范围,而当换填宽度超过2.8 m后,水平冻胀力几乎不再降低。     

Effects of deforestation and weather on diurnal frost heave processes on the steep mountain slopes in south central Japan

Freezing and thawing processes play an important role for the gravitational transport of surface materials on steep mountain slopes in Japan. The effects of deforestation on frost heave activity were observed through the 2012/2013 winter season in Ikawa University Forest, a southern mountainous area in central Japan (1180–1310 m above sea level). During periods without snow cover, needle ice development prevailed at a clear‐cut site, and the downslope sediment movement of upper soil was 10 to 15 cm through the winter season. At a non‐cut site, rise and fall in the ground surface level prevailed on a weekly scale, with no evident downslope movements at the surface; ice lens formation in the soil layer is assumed. Abrupt changes in the radiation budget, such as the strengthening of nighttime radiative cooling and increases in daytime direct insolation, induced frequent development/deformation of needle ice at the clear‐cut site. In snow‐free periods, the day‐to‐day variability in needle ice growth length and in nighttime averaged net radiation showed significant correlations; cloudy weather with warmer and moist air intrusion associated with synoptic disturbances prevented the occurrence of needle ice. Namely, day‐to‐day weather changes directly affected the mass movement of the upper soil after deforestation. Shallow snow cover occurred discontinuously through the winter and is likely an important factor in keeping the soil moisture sufficiently high in the upper soil layer for initiating needle ice during snow‐free periods. We also discuss contributions of coastal extratropical cyclone activities providing both snow cover and cloudy weather in the southern mountain areas of central Japan to the intra‐seasonal variability in frost heave and its indirect effect on soil creep and landslides on the deforested steep slopes. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.