青藏高原多年冻土特征、变化及影响

青藏高原是全球中纬度面积最大的多年冻土分布区,青藏高原多年冻土对东亚季风乃至全球气候系统都有重要影响.本文在前人研究成果的基础上,系统地梳理了青藏高原多年冻土基本特征的现状,主要包括活动层厚度,多年冻土面积、温度和厚度的空间分布,以及多年冻土区地下冰和土壤碳储量等方面的研究进展.通过补充最近监测资料,阐述了高原尺度活动层和多年冻土热状况的动态变化过程及趋势,并分析了这种变化的水文效应.随后,概述了多年冻土与生态系统、多年冻土与碳循环相互作用关系方面的研究进展.青藏高原多年冻土在过去数十年来发生了不同程度的退化,对多年冻土区地表的水、土、气、生间的相互作用关系产生了显著影响,进而影响着区域水文、生态乃至全球气候系统.本研究可为冻土与气候变化相互作用关系的机理研究提供思路,为寒区环境保护、工程设计和施工提供参考经验.     

青藏高原地表热平衡研究

青藏高原是我国现代冰川作用最强烈的地区,多年冻土也十分发育。为了研究冰川冻土形成、发育和演变的热量条件,从六十年代起,兰州冰川冻土研究所就开展了太阳辐射和地表热平衡观测研究。二十年来,在我国西部高山冰川和多年冻土区一共进行了18个点的观测。1975—1976年在青藏铁路冻土研究中,首次获得了青藏高原地表面能量转换的周年资料,促进了高原冻土和高原热力作用的研究。     

青藏之天路

青藏高原是世界中、低纬度海拔最高面积最大的多年冻土分布区。与高纬度冻土相比．青藏高原多年冻土具有温度高。厚度薄和敏感性强的特点．青藏铁路穿越的正是多年冻土最发育的地区．因此铁路建设的成败决定于路基。根据不同的工程地质条件．土建工程应根据不同情况采取相应的不同设计原则来主动冷却和保护路基。     

青藏高原多年冻土变化与工程稳定性

气候变化和工程活动引起多年冻土温度升高、活动层厚度增大、地下冰融化, 导致路基工程稳定性变化. 本研究在综述青藏高原多年冻土变化和冻土工程研究重要进展的基础上, 利用青藏公路和青藏铁路沿线冻土与工程监测数据, 给出了青藏高原多年冻土温度和活动层厚度变化及其与气候变化的关系、多年冻土对工程活动的响应过程, 青藏铁路工程稳定性动态变化以及块石结构路基降温机制和过程. 最后, 提出了在气候变化下冻土工程将来亟待解决的关键科学问题.     

青藏高原冰冻圈变化及其对区域水循环和生态条件的影响*

以青藏高原为中心的冰川群是中国乃至整个高亚洲冰川的核心,由于全球变暖,青藏高原冰川自20 世纪90年代以来呈全面、加速退缩趋势。作为全球最主要的高海拔冻土区,青藏高原近几十年气候变暖是冻土退化的基础因素,人为活动在局部加速了冻土退化,推测未来几十年内冻土退化仍会保持或加速。过去50 年,青藏高原积雪面积总体呈减少趋势。由于气温升高,青藏高原处于降雪和积雪临界状态的区域大大增加,导致青藏高原积雪期开始时间的推迟和结束时间的提前。冰川加速消融退缩,融水在逐年增加,冰川变化引发的水资源时空分布和水循环过程的变化,无疑将给青藏高原社会经济发展带来深刻影响。冻土及其孕育的高寒沼泽湿地和高寒草甸生态系统具有显著的水源涵养功能,是稳定江河源区水循环与河川径流的重要因素。青藏高原江河源区近几十年来生态退化和河流、湖泊、沼泽、湿地等水文环境的显著变化就与冻土退化密切相关。过去十年来由于冻胀和融沉破坏,青藏公路已经进行了多次全线性大规模的整修。在未来几十年内多年冻土的主要退化形式为地下冰的消融和低温冻土向高温冻土转化,这一过程将引起热融滑塌、热融沉陷等冻土热融灾害。为应对气候变化对青藏高原冰冻圈影响,应加强冰川融水对地表水和冰川融水补给河流的水文过程与预测研究,针对未来可能出现的各种灾害,要在科学预测和普查的基础上评价灾害风险。     

青藏高原冻土初步考察

号称世界屋脊的青藏高原,是我国多年冻土最发育的地区。1960年,中国科学院冰川积雪冻土研究所筹备委員会与鉄道部及一些高等院校組成冻土队,在青藏公路沿綫进行了冻土綜合考察研究,通过三年实地考察,对該区冻土面貌有了初步认識。     

冻土的阻隔

何谓多年冻土?冻土分两大类,季节冻土和多年冻土.所谓多年冻土就是能够保持冻结状态两年以上的含有水分的土体,反之则是季节冻土.     

青藏铁路建设和冻土问题

青藏铁路是世界上海拔最高和线路最长的高原铁路，全长约1925公里，其中格拉段长约1118公里。海拔4000米的地段有965公里．最高点唐古拉山口为5072米。穿越多年冻土区长度为632公里，其中大片连续多年冻土区长度约550公里，岛状不连续多年冻土区长度约82公里。在632公里的冻土带中，年平均地温高于一1．0℃多年冻土区275公里，高含冰量多年冻土区221公里，高温高含冰量重叠路段约为134公里。高原、冻土和生态脆弱就成为青藏铁路修筑的三大难题，而冻土问题是青藏铁路成败的最关键问题。     

高原多年冻土区路基施工技术研讨

介绍了青藏铁路格拉段多年冻土区路基的施工特点及工艺,多年冻土“区冻土”问题是修建青藏铁路的关键技术难题,高原冻土环境条件的特殊性决定了必须要在了解掌握高原冻土的特征、特性的基础上,充分领会设计意图、设计思想、紧密依托科研指导,以科学合理的施工,保证冻土条件下的工程质量。     

沙漠化对青藏高原冻土地温影响的新发现及意义

青藏高原上发育着世界上独一无二的沙漠和冻土,然而,沙漠化对冻土地温产生的影响目前仍不清楚.近年来,随着青藏高原沙漠化的发展,这个问题愈加令人担忧.为此,作者在青藏高原红梁河建立观测实验场,利用热敏电阻地温探头,通过野外同步对比观测方法,于2010年5月～2011年4月对不同厚度沙层下的冻土地温进行了1个完整年的观测研究.发现沙层对下伏多年冻土有保护作用,表现为厚沙层下地温在多年冻土上限附近以下深度全年均低于天然地表,降温幅度大约稳定在0.2℃,夏半年5～9月最大处降温分别达3.40,3.72,4.85,3.16和1.88℃;薄沙层下地温在上限附近全年都低于相应的天然地表,最大处降温幅度全年平均达0.71℃.其初步结论不仅对探索青藏高原沙漠与冻土之间的关系具有科学意义,而且为青藏高原工程建设地区的冻土保护提供了一种新思路.     

寂寞中坚守冻土世界32年

人生有时要固守寂寞,才能有所建树。青藏铁路总指挥部专家咨询组组长张鲁新悉心研究冻土技术,在寂寞的冻土世界里坚守32年,他的研究成果最终影响了青藏铁路的走向,成就了一番大事业,被授予青藏铁路功臣的称号,荣获2006年全国五一劳动奖章。1970年8月,张鲁新从唐山铁道学院地质专业毕业后,被分配到齐齐哈尔市铁路局加格达奇分局的一个线路队。1973年冬天,在齐齐哈尔一次多年冻土研讨会上,张鲁新第一次了解到青藏高原冻土世界的神奇,他暗暗立下志愿,要成为冻土学家,必须走向高原。而此时毛主席在接见尼泊尔外宾时说的“青藏铁路要修”这句话,…     

九死一生的探索历程

多少年来,在海拔4500米以上的雪域高原上,绵延540多千米的多年冻土阻挡了人类向青藏高原前进的脚步.为了解决这个世界性工程技术难题,中国的冻土科学研究者对青藏铁路冻土问题进行了深入的研究,涉及的内容之深、投入的人力之多和物力之大、经历的时间之长、研究过程之艰难,可谓举世罕见.     

青藏公路沿线多年冻土区活动层动态变化及区域差异特征

利用青藏高原多年冻土区10个活动层观测场建立以来到2010年的监测资料,构建了青藏公路沿线多年冻土区活动层平均厚度的估算模型,分析了多年冻土区活动层近期的动态变化及区域差异特征.结果表明,研究区活动层厚度30年来以1.33cm/a的速率增大,多年冻土上限温度、50cm土壤温度及5cm土壤积温均呈现出升高的趋势.土壤热通量以0.1Wm-2/a的速率增大,为高原多年冻土区活动层厚度增大和温度升高提供了依据.活动层开始融化日期提前,开始冻结日期推后,融化日数增加,速率达1.18d/a.活动层动态变化特征与多年冻土类型、海拔高度、下垫面类型和土壤组分密切相关.低温多年冻土区较高温多年冻土区变化明显、高海拔地区较低海拔地区变化明显、高寒草甸地区较高寒草原地区变化明显,细粒土较粗颗粒土变化明显.     

青藏高原多年冻土区土壤-景观模型与土壤分布制图

为理解青藏高原多年冻土区土壤与环境的关系,同时提供青藏高原基础的土壤数据,以青藏高原多年冻土区为研究对象,基于其2009~2011年的野外土壤调查数据,筛选了10种与土壤形成密切相关的数据作为环境因子,运用决策树See5.0分别建立了青藏高原西部和东部多年冻土区的土壤-景观模型,5折交叉验证的平均精度西部为65.4%,东部为63.5%,显示模型有较好的可靠性.基于此模型,对研究区进行了土壤分布制图.结果表明,青藏高原多年冻土区以寒冻土(Gelisols)和雏形土(Inceptisols)为主,分别占总面积的34%和28%.分区来看,在高原西部多年冻土区,土壤主要以寒冻土、雏形土和干旱土(Aridisols)为主,分别占多年冻土区西部总面积的43%,30%和17%;而在东部,土壤主要以寒冻土、均腐土(Mollisols)和雏形土为主,分别占多年冻土区东部总面积的27%,26%和25%,这主要是因为高原西部气候极端寒冷干旱,而东部相对较为温暖湿润;同一种土壤在东西部的分布有海拔上的差异,也有母质等方面相同的地方.多年冻土的存在也影响了土壤的分布规律,使得干旱土在西部分布在较低的海拔,而在东部却又分布在较高的海拔.从整个多年冻土区来看,青藏高原多年冻土区东部土壤发育要优于西部,土壤类型更多,且各土壤类型所占比例也更趋于均衡.     

巴丹吉林沙漠东南缘砂楔年代及其环境意义

巴丹吉林沙漠东南缘新近发现的多处砂楔群和融冻褶皱,分别形成于砂砾石层和湖相沉积地层中,楔内充填物的光释光年龄证明其是末次冰期和晚冰期的产物.巴丹吉林沙漠在末次冰期和晚冰期时处于多年冻土带,年平均气温约为-3~-6℃,较现在降温约12~15℃.其时,整个阿拉善高原与纬度多年冻土带和青藏高原冻土区相连接,沙漠腹地及周边的沙丘应处于冻土状态,沙丘的移动和风沙地貌发育均会受到影响.在冷期,巴丹吉林沙漠很有可能相当于冰冻圈气候,前人关于中国北方沙漠非冻土区的认识值得商榷.     

航天技术“下凡”青藏铁路

“如履薄冰”的青藏铁路青藏铁路东起青海格尔木,西至西藏拉萨,全长1200千米,其中有600千米属于高海拔寒冷区冻土地质。高原寒冷区冻土层地基的稳定性是铁路面临的最大难题!这也是一个世界难题!为什么呢?我们知道,盖楼房需要打好地基,铺设铁路也需要稳定的路基。现在路基在冻土上面,就仿佛在冰上行走。随着温度的变化,冻土具有“顽皮好动”的特性。在寒季,冻土像冰一样冻结,并且随着温度的降低体积发生膨胀,建在上面的路基和钢轨就会被膨胀的冻土顶得凸起;到了夏季,冻土融化体积缩小,路基和钢轨又会随之凹下去。冻土的冻结和融化反复交替地…     

季节冻结和融化层中未冻水的单向积聚效应

在多年冻土区和深季节冻土区的细粒土地段,铁路、公路、水工、房建等工程冻害防治的关键问题之一是揭示已冻土,正冻土和正融土中水分迁移的规律性。以往的工作多致力于研究正在冻结土内尚未冻结部份中的水分向冻结锋面迁移的现象。近年来的研究进一步发现,在已经冻结的土中以及在正冻和正融土的冻结部份中的水分迁移十分重要,不容忽视。我们     

气候变化影响下青藏公路重点路段的冻土危害及其治理对策

青藏公路穿越720余公里的多年冻土分布区,发育着基本稳定、准稳定、不稳定和极不稳定四种类型的多年冻土。自1985年,伴随着青藏公路黑色沥青路面铺设的全面完成,由于多年冻土退化导致的冻土路基病害一直困扰着青藏公路的正常使用,不同地段历经了3到5次不等的整治工程。各种模拟结果及预测显示,未来50年青藏高原年平均气温可能上升2.2～2.6 ℃,青藏高原的多年冻土将进一步退化。稳定性路段将大幅度减少,而不稳定路段将显著增加,将为青藏公路的正常营运带来新的冻害问题。笔者基于过去几十年来的研究成果,在考虑未来多年冻土退化的背景下,针对不同路段提出了初步的路基处理措施,为相关部门在进行青藏公路的冻害治理方面提供参考。       

1969～2010年青藏高原北麓河盆地热喀斯特湖塘演化过程

<正>青藏高原多年冻土在过去40~50年中经历了显著的退化过程,热喀斯特湖作为冻土退化最直观的表现,其发生和发展直接影响区域水量平衡及生态环境.此外,热喀斯特湖塘在形成过程中还会释放存储于多年冻土层中的碳,影响区域碳循环.因此,青藏高原热喀斯特湖数量和面积演化过程研究对区域水资源、地球化学循环以及气候变化评估具有重要的意义.本文利用青藏高原北麓河盆地1969年的航片资料以及2003和2010年的SPOT-5     

让冻土安稳"睡觉"

冻土最上面的一层会在暖季融化,在寒季冻结,被称为"季节融化层",它的厚度一般在1.5～4米,就像一层松软的"新棉被",是多年冻土的保温层.尽管它自身会不断发生冻融,但总的说来起到了一种保温作用.在这层"新棉被"的保护下,多年冻土是相对稳定的.