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坡向和坡位是影响坡面活动层土壤水分入渗的重要因素,然而当前对多年冻土区活动层土壤冻融循环影响下不同坡向、坡位土壤水分入渗特征的研究甚少。本文设置了不同时空条件的野外试验点,更加系统地分析了青藏高原多年冻土区活动层土壤水分入渗过程的时空差异性。选取青藏高原腹地风火山流域高寒草甸坡面活动层土壤为试验地,分别在不同的坡向(阳坡、阴坡)和坡位(坡顶、坡中)设置观测点,分析活动层土壤在完全融化期(7—8月)和开始冻结期(9—10月)坡面水分的入渗特征及其时空差异性,评估不同入渗模型在研究区的适用性。结果表明,多年冻土区坡面活动层土壤水分入渗特征具有较强的时空差异性。土壤水分入渗过程可以分为入渗瞬变阶段(0～30 min)、入渗渐变阶段(30～100 min)、入渗稳定阶段(>100 min)三个阶段,入渗速率的大小整体表现为阳坡>阴坡,坡顶>坡中,完全融化期>开始冻结期,瞬变阶段>渐变阶段>稳定阶段。五种模型对入渗过程的模拟结果显示,Horton模型对青藏高原多年冻土区土壤水分入渗过程的模拟效果最佳,而通用经验模型和蒋定生公式对入渗的拟合曲线和统计参数几乎完全... 相似文献
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为从整体上认识多年冻土流域水循环过程基本规律及其对下垫面条件变化响应,以长江源区风火山小流域为例,基于2016—2019年的水文气象要素的野外观测与计算,分析了坡面尺度上水分入渗、蒸散发、活动层内部水热条件以及冻结层上地下水等关键水循环过程的变化特征及其对下垫面条件变化的响应。研究结果表明:①风火山小流域生长季实际蒸散发的多年平均值为472.1±42.9 mm,实际蒸散发的气象影响因子排序为:净辐射(敏感系数SRn =1.22,相关系数R=0.93)＞气温(STa =0.33,R=0.84)＞相对湿度(SHR=0.32,R=0.46)＞风速(SU =-0.25,R=-0.27),坡面尺度上实际蒸散发与植被覆盖度以及海拔高度正相关;②初始和稳定入渗速率均随坡位的升高而增大,对于稳定入渗率,初始融化期、完全融化期和初始冻结期,坡顶(1.07 mm/min、0.63 mm/min、0.88 mm/min)>坡中(0.29 mm/min、0.45 mm/min、0.21 mm/min)>坡底(0.11 mm/min、0.30 mm/min、0.10 mm/min),而植被覆盖度对入渗速率的影响在不同冻融阶段表现出差异;③阴、阳坡面和不同坡位冻融起始时间差异体现在土壤水分、地下水位变化上,解释了多年冻土流域产流区从阳坡发展至阴坡,从低海拔发展至高海拔的时空差异原因;④ 50 cm深度以下的活动层冻融状况显著影响着地下水位动态,地形、植被和土壤质地差异对热量传输的影响共同导致了坡面尺度上冻结层上地下水动态的空间差异性。 相似文献
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为从整体上认识多年冻土活动层土壤水文过程季节变异特性,以黄河源区巴颜喀拉山北坡冻土剖面为例,结合大气降水、冻土土壤水分、冻土层上水的野外观测,采用HYDRUS-1D软件冻融模块进行模拟分析,分析冻融作用对活动层土壤水文过程的影响,研究结果表明:(1)冻土层上水位与土壤水热之间存在着相互影响、相互作用的关系,依据活动层土壤温度变化,基于冻融过程,多年冻土活动层土壤水分与冻土层上水位可划分为冻结稳定、快速融化、融化稳定和快速冻结4个阶段。(2)降雨入渗是坡面尺度下活动层土壤水文过程的主要驱动力,活动层冻融锋面是主要限制性因素,受冻融过程影响,冻结期降雨减少,土壤冻结,土壤储水能力下降,土壤水分下渗停止,坡面侧向流动减弱,土壤水分和冻土层上水位处于下降趋势;融化期降雨增多,土壤融化,土壤储水能力上升,土壤水分下渗强烈,坡面侧向流动增强,土壤水分和冻土层上水位处于上升趋势。(3)受坡面地形影响,上坡活动层厚度大于下坡,上坡冻融锋面变化较下坡平缓,上坡土壤水分和冻土层上水位的变化幅度相对下坡较为平缓,而上坡土壤水分相对下坡含量较低,下坡冻土层上水位相对稳定。 相似文献
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为深入揭示坡面冻土水分运移规律及其主要影响因子,以青藏高原巴颜喀拉山北坡为例,结合冻融变化过程,研究不同地形条件冻土土壤水分空间变异特征,利用分类回归树模型（CART）和典范对应分析（CCA）识别影响坡面冻土土壤水分空间异质性的主控因子及其相互作用关系。研究结果表明:①受坡面地形与冻融过程影响,冻结期坡面冻土土壤水分侧向流动减弱,以垂直迁移为主,上坡位含量高于下坡位,反之,融化期上坡位含量则低于下坡位。②影响坡面冻土土壤水分的主要环境因子为高程、土壤质地、土壤温度和植被覆盖度,但在不同冻融阶段下其影响因子存在差异,在冻结状态下主要因子为高程、土壤质地和土壤温度,其相对贡献率分别达到19.97%、19.45%和9.56%;在融化阶段下主要因子为高程、植被覆盖度和土壤质地,其相对贡献率分别为37.4%、14.9%和10.7%。③ 0~20 cm浅层深度上影响坡面冻土土壤水分的主要因素为坡度、高程和植被覆盖度,其相关系数分别高达0.941 2、0.903 9和0.563 1;中下层深度上其主要影响因素较为复杂。 相似文献
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为研究黄土丘陵沟壑区多种因素对撂荒草地入渗特征的影响,采用野外自然降雨观测法,研究不同降雨特征（降雨量、平均雨强、降雨历时和最大30 min雨强（I30））、土壤前期含水量、坡长（10 m、20 m、30 m、40 m和50 m）和植被盖度条件下土壤入渗特征差异,通过灰色关联度法判断影响撂荒草地入渗特征的主导因子。结果表明：①入渗量随降雨量、降雨历时和I30增加而增大（R2>0.55,P<0.01）;入渗补给系数随降雨量、I30和平均雨强增大而减小（R2>0.12,P<0.05）;平均入渗率随降雨强度、I30增加而递增（R2>0.53,P<0.01）。②入渗量和平均入渗率随前期含水量增加而减少,入渗补给系数随之增加而增大（R2>0.13,P<0.05）。③入渗量、入渗补给系数和平均入渗率总体随坡长增加而增大（R2>0.56,P<0.01）,但在坡长30 m和40 m之间存在临界坡长。④在入渗效率较高的情况下,植被对土壤入渗的影响并不显著,降雨特征和坡长成为主导因子。 相似文献
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兰新客运专线浩门区间路基温度、水分及冻胀变形特征 总被引：3，自引：0，他引：3
粗细颗粒混合填料的微冻胀严重影响着寒冷地区高速铁路的安全运营.基于对兰新客运专线浩门区间运营期4个路基断面不同深度的温度、水分及冻胀变形现场监测,分析了冻结期该铁路路基在不同深度下的温度、水分及冻胀随季节变化特征.结果表明：越接近地表,对外界环境温度变化的敏感性越高,温度传递随时间的滞后性呈指数递减规律,深度超过3 m时全年无负温.寒季2.7 m厚的路基最大冻胀量约2.1 cm,其中,0～0.5 m处寒季最低温度介于-10.3～-15.6℃,暖季及冻结初期含水量相对较高有15%左右,其冻胀率约4.86 mm·m-1,故级配碎石在低温含水量高情况下能有效减弱冻胀.冻胀率最大值（14.34 mm·m-1）发生在0.5～1.5 m之间的普通AB组填料层,寒季最低温度介于-7.2～-12.4℃,暖季及冻结初期含水量介于10%～15%.1.5～2.7 m之间的填料层冻胀率约为1.94 mm·m-1,寒季最低气温-3.2～0.4℃,暖季及冻结初期含水量介于12.5%～15%.路基填料细颗粒（粒径小于0.25 mm）含量越高,冻胀率越大,建议将细颗粒料控制在15%以内. 相似文献
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基于互补相关理论的塔里木河流域实际蒸散发时空变化及影响因素分析 总被引：4，自引：3，他引：1
基于1961-2013年塔里木河流域26个气象站逐日观测资料及阿克苏河流域与和田河流域水文站逐日径流资料,采用基于互补相关理论的平流-干旱（advection-aridity,AA）模型,计算并分析塔里木河流域实际蒸散发（ETa）时空变化特征,研究ETa与下垫面供水及气象要素的关系,探讨塔里木河流域ETa变化的可能原因。结果表明：（1）ETa与潜在蒸散发（ETp）呈现良好的互补关系,AA模型能够用来估算塔里木河流域的ETa。（2）塔里木河流域多年平均ETa为252.0mm·a-1,1961-2013年呈现先增后减（以1996年为转折）、总体增加（11.1mm·（10a）-1）的趋势。ETa在1990s最高,1980s次之,随后为2000s、1960s、1970s。各季节ETa大小为：夏季> 春季> 秋季> 冬季。（3）塔里木河流域ETa在源区较高,流域中部和东南部较低;流域大部分地区ETa呈显著的增加趋势。（4）1961-2013年,流域ETa的增加主要由下垫面供水条件（径流和降水）以及实际水汽压的增加引起;1997年后ETa的减少是由径流和实际水汽压的减少所致。 相似文献
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研究青藏高原多年冻土区高寒草甸土壤CO2通量有助于准确估算该区域的土壤CO2排放, 对认识高原土壤碳循环及其对全球气候变化的响应具有重要意义. 利用静态箱-气相色谱法和LI-8100土壤CO2通量自动测量系统对疏勒河上游多年冻土区高寒草甸土壤CO2通量进行了定期观测, 结合气象和土壤环境因子进行了分析. 结果表明: 整个观测期高寒草甸土壤表现为CO2的源, 土壤CO2通量的日变化范围为2.52～532.81 mg·m-2·h-1. 土壤CO2年排放总量为1 429.88 g·m-2, 年均通量为163.23 mg·m-2·h-1; 其中, CO2通量与空气温度和相对湿度、活动层表层2 cm、10 cm、20 cm、30 cm 土壤温度、含水量和盐分均显著相关. 2 cm土壤温度、空气温度和总辐射、空气温度、2 cm土壤盐分分别是影响活动层表层2 cm土壤完全融化期、冻结过程期、完全冻结期、融化过程期土壤CO2通量的最重要因子. 在完全融化期、冻结过程期和整个观测期, 拟合最佳的温度因子变化分别能够解释土壤CO2通量变化的72.0%、82.0%和38.0%, 对应的Q10值分别为1.93、6.62和2.09. 冻融期(含融化过程期和冻结过程期)和完全冻结期的土壤CO2排放量分别占年排放总量的15.35%和11.04%, 在年排放总量估算中不容忽视. 相似文献
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基于卫星气候资料的1989-2015年南北极海冰面积变化分析 总被引：1，自引：1，他引：0
利用被动微波卫星海冰密集度气候资料,分析了1989-2015年南北极海冰面积和密集度的长期变化趋势。结果表明：研究期内,北极年平均海冰面积减少,南极海冰面积增加,变化趋势分别为-0.569×106 km2·（10a）-1和0.327×106 km2·（10a）-1,均通过了0.01水平的显著性检验,两极海冰面积变化趋势表现出明显的"非对称性"。两极总海冰面积出现了下降,变化趋势为-0.242×106 km2·（10a）-1。年海冰密集度在北极地区普遍减少,而在南极地区的变化趋势存在显著的空间差异,威德尔海、罗斯海北部海冰密集度增加,趋势超过了10%·（10a）-1,别林斯高晋海、阿蒙森海的海冰密集度出现下降。北极各月海冰面积的变化趋势存在明显的季节差异,7-10月海冰面积减少明显,其中9月减少最显著,趋势为-0.955×106 km2·（10a）-1。南北极海冰冻结和融化的时间不完全对应,北极融化与冻结时间基本平衡,南极海冰冻结时间明显长于融化时间。南极年内海冰面积的变化幅度大于北极,呈现显著的季节性特征。北极极小海冰面积的变化趋势最显著,达到了-0.636×106 km2·（10a）-1。南极极大海冰面积出现的时间后移明显,趋势为0.733候·（10a）-1;极小海冰面积出现的时间非常稳定,没有明显的变化趋势。 相似文献
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1976-2017年青藏高原可可西里盐湖面积动态变化及成因分析 总被引：1，自引：0，他引：1
青藏高原湖泊是全球气候变化的敏感指示器。近56年来,可可西里地区气候呈显著暖湿化趋势,其中气温上升速率为0.33℃·（10a）-1（R=0.746,P<0.01）,降水增加速率为23.4mm·（10a）-1（R=0.422,P<0.01）。近40年来,盐湖面积总体呈增大趋势,其中,1976-2011年溃堤前盐湖面积以1.63 km2·a-1的速率扩大,溃堤后以8.51 km2·a-1的速率持续扩大。总体来看,近40多年来,盐湖面积先后经历了缓慢增大（1976-2011年）→急剧增大（2012-2013年）→稳定增大（2014-2017年）三个阶段。盐湖面积前期缓慢扩大的主要原因是可可西里地区气候暖湿化的结果,而后期面积急剧扩大的主要原因是因为2011年9月15日盐湖上游的卓乃湖溃堤,导致下游的3个湖泊（库赛湖、海丁诺尔湖和盐湖）串连成一体;冰川和冻土融水可能是引起可可西里盐湖面积扩张的原因,但并非主要原因。后期盐湖面积还将呈稳定增大趋势。盐湖面积扩大导致盐湖湖水淡化,周边草地受到淹没破坏的面积不断扩大,这种变化不仅对其周边草地生态环境产生破坏,还可能对可可西里周边重大工程设施产生不利影响。鉴于盐湖面积今后还将持续增大,并对其周边重大工程设施产生不利影响。因此,应用多源卫星资料对盐湖进行长期持续的跟踪观测仍将是相关政府部门关注的重点。 相似文献
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大兴安岭北部是我国唯一的中高纬度多年冻土区,其水热特征分析对陆气能量交换、生态系统和气候变化等研究有重要意义。基于2011—2020年期间对大兴安岭森林生态站附近的湿地多年冻土开展的气温和0~2 m地温和土壤含水量数据,对大兴安岭湿地多年冻土活动层的水热特征进行了分析。结果表明：湿地多年冻土活动层内地温的变幅随深度减小,且具有滞后性。融化期地表温度高于深层地温,冻结期相反。2012年、2013年、2019年和2020年的平均融化速率分别为0.49、0.61、0.47和0.56 cm·d-1,向上平均冻结速率分别为1.34、2.12、2.58和1.65 cm·d-1。向下平均冻结速率分别为1.69、1.02、3.32和1.00 cm·d-1,最大融化深度分别为78.73、85.65、66.22和74.94 cm。2012年5月—2013年5月期间,土壤未冻水含量随地温变化的拟合关系较好,相关系数大于0.90,且深层拟合效果优于表层。融化期土壤水分变化幅度大,与地温的相关性差,随深度增加相关性减弱。湿地充足的水分为多年冻土的双向冻结提供了条件。研究成果可为大兴安岭湿地多年冻土区的冻融循环、水热耦合机理和模拟研究提供数据基础和理论依据。 相似文献
12.
冻融期东北农田土壤温度和水分变化规律及影响因素分析 总被引：3，自引：3，他引：0
为了更好地认识季节性冻融区冻融过程对农田土壤温度和水分的影响， 以吉林省长春市黑顶子河流域为研究对象， 监测了冻融期流域内玉米田和水稻田土壤温度和水分的变化过程。结果表明： 冻融期表层土壤温度主要受积雪厚度影响， 深层土壤温度主要受土壤初始含水率影响。冻结期， 冻结层含水率几乎都呈增加趋势， 其中浅层土壤增幅最大； 冻结速度慢、 初始含水量低、 相邻土层含水量高的土层冻结过程水分增加量更大， 反之则小。融化期， 各下垫面、 土层土壤含水率基本呈下降趋势， 且主要集中在表层0 ~ 30 cm， 水分损失以蒸发为主， 冻结层对土壤蒸发有抑制作用； 冻结层的融化是造成各下垫面不同土层土壤含水率差异， 以及各土层在不同融化阶段土壤含水率差异的主要原因。 相似文献
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青藏高原风火山流域坡面尺度活动层土壤水热时空变化特征 总被引：3，自引：3，他引：0
以风火山流域某阴坡坡顶、 坡底和阳坡坡底活动层土壤水热及气象资料为基础， 对青藏高原多年冻土区不同地形条件下的土壤水热时空变化特征进行了分析。结果表明： 在融化阶段， 除表层5 cm外， 阴坡坡底各深度土壤开始融化日期均比坡顶早， 比阳坡坡底晚； 阴坡坡脚各深度土壤含水量均大于坡顶和阳坡坡底。在冻结阶段， 开始冻结日期在阴坡坡底均比坡顶早， 但比阳坡坡底晚； 阴坡坡底各深度土壤含水量均高于坡顶相应土层的含水量， 在20 cm、 100 cm、 160 cm深处高于阳坡相应土层的含水量， 但在5 cm、 50 cm深处， 稳定冻结后两者的含水量差异较小。在整个冻融过程中， 阴坡坡底土壤温度对气温变化的响应弱于坡顶及阳坡坡底， 但其土壤水分对降水的响应强于坡顶及阳坡坡底。植被生长发育受水分和热量条件的制约， 不同地形条件下水热时空变化差异将影响植被空间分布特征。在未来气候变暖情况下， 上坡位植被可能因为水分胁迫而退化， 出现荒漠化现象， 而下坡位由于受侧向流的影响， 土壤水分对降水的响应强烈， 植被不会发生显著退化； 在不同坡向之间， 同一坡位阳坡植被退化程度可能大于阴坡。 相似文献
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海北高寒草甸的季节冻土及在植被生产力形成过程中的作用 总被引：22，自引：7，他引：15
海北高寒矮嵩草草甸区植被下的草毡寒冻雏形土属季节性冻土,因温度低,冻土在年内的每个月均可发生.一般在11月中旬可形成稳定的季节冻结层,至翌年3～4月冻土层厚度最大可达230cm.从3月下旬到4月中旬开始,土壤开始消融,至6月下旬到7月上旬冻土全部消失.分析发现,季节冻土在高寒草甸植被生产力形成过程中有着积极的影响作用,主要表现在:1)季节冻土的存在和维持将给高寒植物生长提供良好的土壤水分,对植物初期营养生长发育有利,可弥补春夏之交时降水不足所引起的干旱胁迫影响;2)季节冻土的长时间维持,有利于植物残体和土壤有机质留存于土壤,并随土壤冻结和融化过程发生迁移,可提高土壤肥力;3)较高的土壤水分有利于土壤胡敏酸的形成,可保证植物生长所需的其它有机元素的供给;4)冻土层所形成较高的土壤水分使土体热容量加大,从而调节因气候异常波动引起的土壤温度变化;5)季节冻土的变化对植物地上年生产量形成有一定的影响作用,表现出从10月或11月开始,土壤冻结速率快,对提高植物地上年生产量有利.这也证实,在未来气候变暖的趋势下,土壤有机质将加快分解速度,土壤水分因受温度升高、冻结期缩短,其贮存能力降低;受温度升高的影响,地表蒸发能力加大,若降水仍保持目前的水平,土壤水分将明显减少,将导致高寒草甸植被生产力有下降的可能. 相似文献
15.
植被和活动层水热关系是青藏高原冻土生态环境的重要组成部分,对气候变化和工程活动积极响应,是目前全球变化研究的热点之一.为了解植被差异对活动层水热过程的影响,以场地监测和植被调查数据为基础,分析了黄河源区高温高海拔多年冻土区同一地貌单元内局地条件相似而植被差异显著的3个场地活动层温度和水分变化.初步结果表明:植被盖度较低时,活动层水分含量也低,且含水量高值区趋于中下部;植被盖度较高时,冷季地气温差和温度位移都减小,暖季地气温差增大;随着植被盖度增大,冻融开始和结束时间明显滞后,冻融持续时间延长.初步揭示了黄河源区地表植被对活动层水分和温度的影响过程,对研究和保护高寒生态环境稳定具有重要意义. 相似文献
16.
The variation and distribution of temperature and water moisture in the seasonal frozen soil is an important factor in the
study of both the soil water cycle and heat balance within the source region of the Yellow River, especially under the different
conditions of vegetation coverage. In this study, the impact of various degrees of vegetation coverage on soil water content
and temperature was assessed. Soil moisture (θ
v) and soil temperature (T
s) were monitored on a daily basis. Measurements were made under different vegetation coverage (95, 70–80, 40–50 and 10%) and
on both thawed and frozen soils. Contour charts of T
s and θ
v as well as a θ
v–T
s coupling model were developed in order to account for the influence of vegetation cover and the interaction between T
s and θ
v. It was observed that soil water content affected both the overall range and trend in the soil temperature. The regression
analysis of θ
v versus T
s plots indicated that the soil freezing and thawing processes were significantly affected by vegetation cover changes. Vegetation
coverage changes also caused variations in the θ
v–T
s interaction. The effect of soil water content on soil temperature during the freezing period was larger than during the thawing
period. Moreover, the soil with higher vegetation coverage retained more water than that with lower coverage. In the process
of freezing, the higher vegetation coverage reduced the rate of the reduction in the soil temperature because the thermal
capacity of water is higher than that of soil. Areas with higher vegetation coverage also functioned better for the purpose
of heat-insulating. This phenomenon may thus play an important role in the environmental protection and effective uses of
frozen soil. 相似文献
17.
青藏公路沿线多年冻土区活动层起始冻融时间的时空变化特征和影响因素 总被引：4，自引：3，他引：1
多年冻土区活动层冻融格局对气候系统、能量平衡、水文过程和生态系统有重要的影响,地表冻融时间是反映冻融格局时空变化的重要指标。为了探明多年冻土区活动层起始冻融时间的影响因素和机制,通过对青藏公路沿线8个典型活动层观测场地表起始融化时间（OOT）和起始冻结时间（OOF）进行研究,分析了不同观测场起始冻融时间的时空差异及其影响因素。结果表明：（1）青藏高原多年冻土区活动层起始融化主要发生在4月中下旬,起始冻结主要发生在10月中下旬。OOT的年际变化幅度远大于OOF,每年起始冻结的发生较起始融化更为准时。（2）起始融化发生时的气温普遍比起始冻结发生时高1~4℃。气温对OOT的影响要比对OOF大,其中OOT的变化主要与春季气温有关,冬季气温对其影响不大。（3）植被和土壤水分对OOT和OOF有重要调节作用,土壤含水率越高,植被状况越好,起始融化和冻结的发生时间往往越迟。（4）在起始融化和冻结阶段,厚度较大和持续时间较长的积雪对地温变化有明显的抑制作用,对OOT和OOF有延迟作用。 相似文献
18.
Hongchang Hu Genxu Wang Guangsheng Liu Taibing Li Dongxing Ren Yibo Wang Huiyan Cheng Junfeng Wang 《Environmental Geology》2009,57(6):1391-1397
The alpine ecosystem is very sensitive to environmental change due to global and local disturbances. The alpine ecosystem
degradation, characterized by reducing vegetation coverage or biomass, has been occurring in the Qinghai–Tibet Plateau, which
alters local energy balance, and water and biochemical cycles. However, detailed characterization of the ecosystem degradation
effect is lack in literature. In this study, the impact of alpine ecosystem degradation on soil temperature for seasonal frozen
soil and permafrost are examined. The vegetation coverage is used to indicate the degree of ecosystems degradation. Daily
soil temperature is monitored at different depths for different vegetation coverage, for both permafrost and seasonal frozen
soils. Results show that under the insulating effort of the vegetation, the freezing and thawing process become quicker and
steeper, and the start of the freezing and thawing process moves up due to the insulating effort of the vegetation. The influence
of vegetation coverage on the freezing process is more evident than the thawing process; with the decrease of vegetation coverage,
the integral of frozen depth increases for seasonal frozen soil, but is vice versa for permafrost. 相似文献