土壤冻结温度测定试验研究

在研究越冬期土壤的水热耦合运移规律时，通常需要同步测定土壤冻结深度，为了分析冻融期土壤剖面的冻结情况，我们在室内对3种土质的土壤进行了土壤冰点测试实验，测定了土壤冻结的时间过程及不同含水率、含盐量条件下的3种土质的冻结温度(冰点)。分析了土壤冻结温度随土壤含水量及含盐量的变化规律，为确定试验区越冬期土壤冻融状况提供了依据。     

扎龙湿地季节性冻土冻融规律及其生态水文功能研究

扎龙湿地季节性冻土广泛分布.利用我国第一个湿地气象水文自动观测站的地温资料,初步研究了湿地季节性冻土的冻融规律,通过分析径流量、降水量等长系列数据,研究了季节性冻土的冻融过程对湿地生态水文过程的影响.结果表明:扎龙湿地土壤每年从10月20日左右开始进入不稳定冻结期,第2年3月下旬达到冻结最大深度,于次年的3月5日左右开始消融到5月下旬全部消融.季节性冻土是影响湿地生态水文过程的重要因素,冻结滞水是天然和人工植物越冬、春季繁衍的水分代谢均衡不可缺少的,甚至是惟一水资源,是促进盐渍化、沼泽化和保持生态平衡的主导因子.     

黄河源区不同植被类型覆盖下季节冻土冻融过程中的土壤温湿空间变化

在对不同植被覆盖度(95%,70%～80%,40%～50%和10%)下的土壤水分(θv)和土壤温度(Ts)进行日观测的基础上,研究了冻融过程中植被覆盖变化对土壤水分分布和温度的影响.土壤温度与水分关系的回归分析表明:土壤冻融过程明显受植被覆盖变化的影响,植被覆盖变化还导致土壤水分和温度的耦合变化.使用了一个土壤水分和温度的耦合模型来研究植被覆盖的影响,结果证明了这一方法的有效性.结果表明:土壤水分对土壤温度的变化范围和幅度都有影响,高盖度下的土壤比低盖度土壤持水性强.此外,在冻结过程中,由于水的热容量大于土壤的,高盖度土壤能够抑制土壤温度的降低幅度,高盖度土壤具有较好的绝热功能.对于黄河源区不同植被类型覆盖下季节冻土冻融过程中的土壤温湿空间变化研究有利于为高寒冻土地区冻土和生态环境的保护及合理利用提供科学依据.     

春季松嫩平原盐渍土积盐机理探讨——以吉林省松原市长岭县十三泡地区为例

松嫩平原地处半湿润半干旱内陆季风气候,干湿分明,春季增温迅速,风力强劲,土壤蒸发强烈.冻融时期,盐渍土壤水热盐分布格局与非冻融性盐渍土存在显著差异.研究冻融土壤的水盐分布格局表明:土壤饱和含水量线呈现"＞"形分布结构,总盐分含量和碱化度(ESP)的等值线呈"(∧)"形分布结构.消融期季节,地温梯度具有多向性和双似冻层的土体热力构型.冻融季节,水分分布场、地热格局和盐分分布场有密切相关.根据系统统动力学原理,建立水热盐复合模型,寻求春季盐渍土积盐机理,为松嫩平原盐渍土壤资源开发利用提供理论基础.     

寒区公路路堑边坡开挖水热耦合模拟

为研究绥大高速公路路堑边坡开挖前后的水热分布特征,利用海伦站气象数据,结合工程现场实际边坡状况,构建考虑各项气候条件的饱和/非饱和瞬态水热耦合数值计算模型,分析边坡开挖前后水分场、温度场的分布特征、冻结深度及不同工况下的差异性影响因素。结果表明：边坡开挖导致水分场大幅改变,3月中旬体积含水量大幅下降,中下旬下降幅度最大为74.61%,占整个非冻结期91.59%;随着埋深的增加,温度波动变化滞后性明显,波动范围呈指数衰减。未开挖土体冻结深度可达1.95 m,开挖边坡最大冻结深度为0.76 m,冻结消融期为31天。不同工况下水分场分布状态不同,体积含水量高低受土体渗透性影响较大。高体积含水量会抑制冻结锋面的推进速度,延迟土体温度变化趋势,不同工况下温度变化差异性受体积含水量影响显著。     

冻融期气温与土壤冻融过程的关系研究

为了揭示气温变化对土壤冻结与融化速率的影响及土壤冻融特征与气温之间的关系,进行了8个连续的冻融期气温和土壤冻融过程监测。结果表明:当气温急速持续下降至0℃以下且日平均气温为负值时,表层土壤无昼融夜冻特征,直接进入冻层稳定发展阶段。冻结期土壤最大冻结深度、土壤平均冻结速率均与稳定的日平均负气温具有密切的线性相关。消融期土壤双向融化,平均消融速率较冻结期冻结速率高35%~132%,土壤平均消融速率与消融期日内最高气温具有线性关系。研究结果对于季节性冻土地区农业生产和工程建设具有一定的指导意义。     

短时冻区气候下土坡浅层水热状况的数值分析

为揭示短时冻区气候下土坡浅层水热状况,利用有限差分技术编制边坡水热耦合程序,分析福建地区典型短时冻区气候下土坡浅层的冻深、冻结时间与含冰率状况以及日最低气温、辐射与平均风速对土坡浅层的冻深、冻结时间与含冰率的影响规律。结果表明:在福建典型短时冻区气候下,土坡浅层最大的冻深约为10 cm以内,浅层一般约在4:00开始冻结,含冰率峰值一般出现在表层以下;日最低气温对土坡浅层冻深、冻结时间与含冰率峰值均有明显影响;风速及太阳辐射对土坡浅层冻深与含冰率峰值影响不大,但对土坡浅层冻结时间的长短影响较大。建议短时冻区土质边坡冻融失稳分析时重点关注浅层10 cm左右的稳定性。     

地表覆盖条件下冻融土壤水热动态变化规律研究

基于季节性冻融期地表覆盖条件下田间土壤温度、水分的剖面监测资料,分析了土壤的温度变化及其冻融过程,进而研究了冻融期裸地(LD)、地膜覆盖(MD)、秸秆与地膜双重覆盖(JMD)地块的土壤水分动态变化规律.结果表明:三种处理地块的土壤均经历初冻、快速冻结、稳定冻结、融化四个冻融阶段;在冻融过程中,三种地块均出现土壤水分的迁移现象,且含水率高值区及低值区出现的时间、深度以及持续的时间随地表覆盖条件的不同而异;深层土壤受气象条件及地表覆盖条件影响较小,含水率保持相对稳定.     

青藏高原多年冻土区活动层土壤水分迁移研究进展

评述了高原活动层水分的野外观测和参数化方案.其中,基于观测数据的数理统计,无法准确获取较大时空尺度上活动层水分迁移特征.为此,通过是否分别考虑未冻结和冻结状态两条途径,建立了4类活动层水分参数化方案:1基于土壤含水量的Clapp-Hornberger公式等;2引入土壤温度的克拉贝龙方程与Clapp-Hornberger公式耦合;3引入冰的阻塞作用;4通过土壤温度和含冰量修正的Clapp-Hornberger推广式.但这些方案对冻结期的水分迁移模拟结果并不理想,仍需进一步的改进.     

地表覆盖对季节性冻融土壤温度影响研究

基于季节性冻土分布区冻融期间土壤温度的田间试验,研究了地膜覆盖、地膜与秸秆双重覆盖对冻融土壤剖面温度的影响。结果表明:地膜覆盖对试验土层有明显的增温效应,而地膜、秸秆双重覆盖对土壤增温的影响只限于耕作层内;越冬期试验土层范围内,各处理地块的地温均经历降低、趋于稳定、升高的过程;地膜、秸秆覆盖可平抑土壤温度变化,明显缩小温差;在冻结阶段和融化阶段,三种处理地块40~100 cm深度处地温降低和升高的幅度随深度的加大而减小。研究结果对于改善季节性冻土区土壤热状况,指导农业生产具有实际意义。