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从地表能量平衡各分量特点论青藏高原多年冻土工程中的冻土保护措施 总被引：11，自引：5，他引：6
多年冻土的形成、发展和存在状态与地表能量平衡中各要素的变化特征密切相关,青藏高原地表能量平衡方程中各要素的变化具有如下特点:1)年总净辐射和年总辐射量均比较高;2)地表反照率一般较低,绝大多数下垫面类型的反照率在0.4以下;3)大部分地区地表的地气热交换总量中,蒸发耗热较小,感热交换量远大于蒸发耗热量,占辐射平衡总量的70%左右;4)目前大部分多年冻土地区的土壤热通量为正值,导致多年冻土处于退化过程中.针对高原地区辐射比较强的特点,在青藏公路五道梁北坡进行了减少沥青路面辐射增温的试验.结果表明:在沥青路面刷涂白色或浅色涂料可以有效保护沥青路面下的多年冻土,其中白色路面可以使路面下4 m处的地温降低1℃以上. 相似文献
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青藏公路长期研究表明,青藏高原多年冻土公路工程空间效应敏感,主要表现为公路空间效应直接改变下伏冻土地基的天然能量平衡状态,继而引发一系列工程病害.针对这一工程问题,提出多年冻土地区公路能量平衡设计理论,研究公路工程建设引发的多年冻土地基能量变化状态,平衡自然环境变化和工程建设等导致的外界"有害"能量导入与工程处置措施对冻土地基中"有害"能量导出之间相互关系,从空间和时间两个维度分析多年冻土地区公路工程的能量平衡过程.据此,作为多年冻土公路工程的设计依据,将为青藏高原高速公路的科学设计提供理论支持. 相似文献
3.
青藏铁路北麓河地区典型热融湖变化特征及其对冻土热状况的影响 总被引：5，自引：3，他引：2
在全球气候变暖、青藏高原平均气温升高的大背景下,多年冻土区热融湖的发育及其对冻土热状况的影响日益显著.以北麓河地区的一典型热融湖为例,通过对湖岸坍塌及年地温变化等进行监测分析.结果表明:目前该热融湖湖岸逐年坍塌,坍塌主要发生在靠近铁路一侧厚层地下冰发育区域,年平均坍塌宽度大约为0.5m,湖心下原约83.0m多年冻土已全部融化.根据210Pb测年,估算该热融湖形成于约890aBP前.在热融湖的影响下,湖心至路基坡脚天然孔之间多年冻土上限深度及多年冻土厚度均发生了很大变化,湖近岸多年冻土上限深度比路基坡脚天然孔多年冻土上限深约0.65m,湖边多年冻土厚度也比路基坡脚天然孔多年冻土厚度薄约60m;湖心至路基坡脚天然孔之间土层在水平方向形成明显的地温差异,在相同深度,湖心下土层地温年平均值比天然孔地温年平均值高5.0℃左右.热融湖作为热量的载体,以二维热传导方式将热量向其周围传递,导致附近多年冻土温度升高,热稳定性降低. 相似文献
4.
ERA-Interim地表温度数据集在青藏高原冻土分布制图应用的适用性评估 总被引：4，自引：2，他引：2
地表温度综合反映了大气、植被和土壤等因素的能量交换状况,是冻土分布模型和一些寒区陆面过程模式的上边界条件,对多年冻土分布制图和活动层厚度估算有重要意义.为了评估ERAInterim地表温度产品在青藏高原地区的适用性,综合比较了青藏高原69个海拔2 000 m以上气象站1981-2013年地面实际观测值与ERA-Interim之间的差异及其分布状况.结果表明,两种资料的变化趋势一致,但是ERA-Interim地表温度在数值上与实际观测值差别显著,平均偏低7.4℃.原因之一可能是由ERA-Interim再分析资料格点的海拔高度与气象站实际海拔高度差异引起的.根据两种温度产品之间海拔的差异,对ERA-Interim地表温度重新进行模拟,经过模拟后的ERA-Interim地表温度与实际观测值的差值在大部分气象站变小,平均偏高0.4℃.因此,经过重新模拟的ERA-Interim地表温度基本能够反映青藏高原地表温度的真实情况.以模拟后的ERA-Interim地表温度作为地面冻结数模型的输入参数模拟了青藏高原冻土分布,结果表明青藏高原多年冻土区面积为1.14×106km2,季节冻土区面积为1.43×106km2. 相似文献
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青藏高原西大滩多年冻土活动层土壤性状与地表植被的关系 总被引：12，自引：11，他引：1
以青藏高原多年冻土区北界的西大滩为研究基点,选取多年冻土不同退化阶段的两个样地,对植被分布特征、冻土活动层和土壤特性等进行调查监测,同时分析不同活动层状态下土壤水热、养分和地表植被特征变化及相互间的作用关系.结果表明:西大滩地区的植被以浅根系植物为主,0～10cm的表层土壤中地下生物量约占地下生物总量的63％和62.2％之多.在气候条件基本一致的情况下,多年冻土的存在情况及活动层土壤水热状况对植被生态系统的演变起决定性作用.高地表植被覆盖下的冻土土壤水热调节能力强,有助于延缓冻土退化过程.西大滩土壤全氮、碱解氮、速效钾与有机质含量密切相关,含量随冻土退化明显减少,且随土层深度的变化曲线表现为相同的趋势.土壤表层养分和速效养分受冻土退化程度的影响较大. 相似文献
6.
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
7.
青藏高原多年冻土区铁路路堤临界高度数值计算分析 总被引：11，自引：6，他引：5
青藏高原多年冻土区铁路路堤的修建, 改变了原有天然地表的热平衡条件, 从而引起了路堤下多年冻土上限位置的变化. 为了确保铁路路堤完成后, 在考虑全球气温升高的条件下, 未来50 a中多年冻土上限不发生下移, 采用有限元的分析方法, 对青藏高原多年冻土区粗颗粒填土路堤的临界高度进行了数值模拟计算. 得到了不同年平均气温条件下路堤的上下临界高度值, 并从中找到以铁路正常运营50 a为限, 路堤临界高度存在与否的年平均气温临界值为-3.5 ℃. 分析发现, 无论是修筑高路堤, 还是低路堤, 地温均呈上升趋势, 冻土处于退化状态. 相似文献
8.
青藏高原作为“亚洲水塔”对气候变化极为敏感,研究气候变化下青藏高原多年冻土退化对蒸散发的影响有助于理解多年冻土地区水文过程对气候变化的响应情况。基于Budyko-Fu假设,构建了考虑多年冻土活动层厚度变化的水热耦合模型,建立了符合青藏高原多年冻土区的模型参数化方案,通过设置情景假设探讨了多年冻土退化对蒸散发的影响。模拟结果表明:1982—2018年青藏高原多年冻土区平均年蒸散发为275.6 mm,空间分布由东南向西北递减;研究区年蒸散发整体上以3.57 mm/a的速率上升。多年冻土活动层加深会引起蒸散发的增大,忽略冻土退化因素将导致约2.2%的蒸散发低估。冻土退化对蒸散发的影响呈现显著的空间异质性,土壤有效含水量和植被覆盖度越低的地区,蒸散发对冻土退化的响应越敏感。 相似文献
9.
高寒冻土地区草甸草地生态系统的能量-水分平衡分析 总被引：9，自引：5，他引：4
为了揭示青藏高原高寒地区土壤冻融过程对地表植被大气三者之间能量水分循环的影响, 在青藏高原风火山左冒孔流域(长江源)开展了不同植被盖度条件下冻土活动层水热状态的野外观测(在30%、 60%、 90%的草甸盖度下观测分层土壤水分及温度)和相关试验. 选取考虑了积雪、植被覆盖及枯枝落叶层对土壤冻融影响的水热盐分耦合模型SHAW为动力学约束模型, 进行参数率定及其模拟计算. 结果表明: 青藏高原地气间的能量交换主要受冻土、植被生长和地表土壤含水量的影响, 并且呈明显的季节性变化;未退化高寒草甸草地对青藏高原冻土具有明显的隔热保温作用, 可以降低冻土对气候变化的响应. 在土壤活动层冻结过程期间, 土壤水分具有向表层和深层两向分流汇聚的特征, 植被覆盖变化对水分运移通量有明显影响. 相似文献
10.
《岩土力学》2020,(5)
近50a青藏高原暖湿化趋势显著,水热边界条件的改变必然影响多年冻土的稳定性和高原生态环境的演变。已有研究主要关注气候升温对冻土温度场的影响,而对升温过程伴随的活动层水分变化研究较少。基于土壤-地表-大气水分和能量平衡的冻土水-汽-热耦合模型,以青藏高原北麓河地区2013年实测气象资料为模型驱动数据,研究在降雨不变,气温不变、气温升高1℃和升高2℃情境下活动层水热响应机制与过程。结果表明:气候升温通过改变地表能量与水分平衡过程和土壤内部水热运移分量影响多年冻土水热过程。气温升高引起地表净辐射、蒸发潜热和土壤热通量增大,而地表降雨入渗和感热通量减少;气温升高降低土壤含水量和土壤导水系数,但温度梯度及与温度梯度相关的水分和能量分量相应增大,而与水势梯度相关的水分和能量分量相对减少;升温对土壤温度场的影响比水分场明显,影响范围也更深;随着气温升高,地表蒸发量和活动层厚度增大,气温升高加速了冻土的退化过程,与降雨增加对冻土的热稳定性影响相反。 相似文献
11.
12.
After construction of the Qinghai–Xizang Railway, the resultant heat exchange between soil and atmosphere caused changes in the thermal and mechanical stability of permafrost beneath the railway embankment. Monitoring from 2005 to 2010 indicated 12 sections of embankment that experienced more than 5 cm of settlement, with three showing deformations of more than 10 cm and signs of continuing settlement. Embankment stability is closely related to permafrost changes beneath the embankment. Large-scale deformations have contributed to permafrost thaw and artificial permafrost table deepening, and this deformation has not stabilized over the short term. In contrast, small-scale deformations have contributed to a warming of the permafrost that has gradually stabilized as soil temperature decreases. Only three sections of the Qinghai–Xizang Railway have exhibited settlement deformation that exceeds 10 cm, through a deepening of the artificial permafrost table and a gradual increase in permafrost thawing result in embankment settlement deformation. However, with climate warming trends and the long-term operation of the railway, the long-term thermal and mechanical stability of the embankment needs to be carefully monitored to ensure the safe operation of the Qinghai–Xizang Railway. 相似文献
13.
气候变暖对黄河源区生态环境的影响 总被引：13，自引：2，他引：13
黄河源区位于多年冻土区,严酷寒冷的气候条件和冻土共同构建成一种特殊的冻结水环境,使地下水类型和水文地质结构均发生变化,与非冻土区有显著的差别,形成特殊的水文地质区。近几十年来,由于全球性气候温变暖,出现大面积冻土退化,以及过度放牧、鼠害加剧等原因,造成草场退化,沙漠化趋势日渐明显,严重地冲击着黄河河源区的水源养涵功能,导致黄河在源头段多次出现断流。通过水平衡计算,探讨了气候变暖对黄河源区多年冻土退化的影响,并阐述了冻结层上水环境变化和人类活动对生态环境的影响。 相似文献
14.
青藏高原是我国乃至世界高海拔多年冻土区的典型代表。伴随着青藏铁路的建成通车,西藏自治区迎来了新一轮经济发展,迫切需要新建高速公路、输变电线路、输油气管道工程等。这些拟建工程与已建的青藏公路、青藏铁路、格拉输油管道、兰西拉光缆等工程均聚集于宽度不足10km范围内的青藏工程走廊。在这狭长的冻土工程走廊内,已修建或拟建的各种冻土构筑物相互影响,多因素耦合叠加,加速区域内的冻土退化,而冻土融化必将影响到工程的稳定性和生态环境退化。再加上全球气候变化的影响,其变化程度更加剧烈。面对国家需求,国家重点基础研究发展项目"青藏高原重大冻土工程的基础研究"于2012年4月正式启动。该项目旨在揭示气候变化与人类工程活动加剧背景下冻土变化及灾害时空演化规律,建立冻土工程稳定性和服役性能评价体系,提出冻土工程灾害防治理论与控制对策,为冻土构筑物群灾害应急预案和重大冻土工程建设提供科学决策依据。 相似文献
15.
Retrogression characteristics of landslides in fine-grained permafrost soils, Mackenzie Valley, Canada 总被引：2，自引：2，他引：0
Thirteen landslides (retrogressive thaw flows) were investigated to study the behavior of thaw retrogression in permafrost
in the Mackenzie Valley, Northwest Territories (NWT), Canada. Those landslides are all in fine-grained ice-rich permafrost
soils. Such landslides usually start from small-scale slope failures followed by retrogressive thaw flows when ice-rich permafrost
soils are exposed to the atmosphere. The landslides were marked with survey stakes to measure their retreat rates for the
thawing season of 2007. Two correlations are presented: one is between scarp wall height and retreat rate; another is between
overall slope angle and retreat rate. It was found that thaw flow retrogression rate increases with increase in scarp wall
height and slope angle up to a certain limit. It was also confirmed that thaw flow retrogression is not influenced by slope
orientation. 相似文献
16.
微生物对冻土生境的适应以及对全球变化和寒区工程扰动的响应: 进展与展望 总被引：2，自引：0，他引：2
多年冻土这一极端的生境中,温度、营养物质、冻融过程等因素深刻影响和限制着冻土中微生物生理、代谢途径和生态结构.低温胁迫下,冻土中微生物从形态、生理和生化水平发展了特殊的耐受机制.冻融过程对细胞产生直接危害,并通过调节水盐、营养条件输送而间接地影响微生物活动.寒区工程扰动下垫面和周边一定范围内冻土的水、热、力学平衡,由此也改变了微生物赖以生存的微环境,破坏了地表植被和下伏冻土中微生物的联系.寒区油气管道泄漏后严重地污染土壤,并毒害和抑制冻土中微生物.冻土区微生物数量及生物多样性的波动与冻土的后生冷生作用以及生物地球化学循环密切相关.它们可能记录了冻土的发育、全球变化和生态环境变迁的重要信息.全球变暖背景下,冻土区微生物对有机碳和温室气体的束缚、吸收、运移和最终排放发挥着重要的作用,在全球碳氮循环和对气候系统的反馈中扮演重要角色. 相似文献
17.
路基施工对青藏高原多年冻土的影响 总被引：2，自引：2，他引：0
青藏高原上施工会扰动其下多年冻土的存在状态. 近些年来, 高原上相继修建的大量的线性工程, 这些大型工程的建设必将进行多年冻土区的开挖和夯填, 从而会引起下伏多年冻土的结构发生很大变化. 研究了路基施工对青藏高原多年冻土的影响, 并以青藏铁路、青藏公路沿线典型实例进行分析. 结果表明: 开挖施工扰动最大, 可引起斜坡失稳滑塌、地表积水和热融湖塘等;填土路堤会引起其下伏多年冻土升温, 路基两侧形成的小气候往往起着提高地面温度的作用;挡水、排水设施施工也会导致多年冻土上限下降, 地表沉陷. 可见, 填土路基、开挖、地表工程扰动都会导致多年冻土发生变化, 这些冻土变化对路基稳定必将构成威胁. 相似文献
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Modelling of the thermal regime of permafrost soils has made it possible to estimate the stability of methane hydrates in the continental permafrost in the Northern Eurasian and North American regions with the risk of gas emissions into the atmosphere as a result of possible dissociation of gas hydrates in the Holocene Optimum and under contemporary climatic conditions [1, 2]. 相似文献
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矿井通风对多年冻土井筒围岩热影响的数值分析 (Ⅰ): 入风井筒风温的变化规律 总被引：1，自引：1，他引：0
多年冻土区蕴藏着丰富的矿产资源, 矿业开发已成为多年冻土区经济发展的主要产业之一, 但是其开采过程将不可避免地受到冻土的影响, 也造成多年冻土区生态环境恶化的影响. 在西部大开发的进程中, 能源需求量逐渐增加, 而多年冻土区矿山露天开采量逐渐减少, 开展多年冻土区矿山地下开采相关的研究工作显得尤为迫切. 基于前人在非冻土区的相关研究成果, 结合位于多年冻土区的江仓矿区气象资料, 利用MATLAB软件编写入风井筒风温计算程序, 并引入临界温度的概念研究入风井筒风温的变化规律, 确定了影响因素, 获得了矿井通风与多年冻土井筒围岩的对流换热边界条件中风流温度的拟合函数, 其计算方法和结果为下一步采用数值模拟的方法研究矿井通风对多年冻土井筒围岩的热影响提供了参考依据. 相似文献