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.     

青藏铁路建设中冻土工程问题

本文围绕青藏铁路冻土工程地质、气候变化对冻土及铁路路基稳定性的影响等问题,分析了青藏铁路工程建设中存在的冻土工程技术问题。根据国内外在多年冻土区筑路的经验和教训提出青藏铁路的设计应该改变单纯依靠增加热阻(增加路堤高度,使用保温材料)的消极的保护冻土的思路,全面采用“冷却路基”的积极的“降低地温”原则,特别在高温、高含冰量地段必须如此。给出了通过改变路堤的结构和材料来调控辐射,调控对流和调控传导,以达到“冷却路基”目的的具体措施。     

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.     

气候变暖条件下青藏铁路抛石路基的降温效果

根据多孔介质中流体热对流的连续性方程、动量方程和能量方程, 应用伽辽金法导出了多孔介质对流换热的有限元公式, 并对传统道碴路基和抛石路基在未来50年青藏高原气温上升2.0℃情况下的温度变化进行了预报分析和比较. 计算结果表明, 在年平均气温大于 -3.5℃或天然地表温度大于 -1℃的地区, 传统道碴路基以下5 m内的冻土将会融化, 路基将产生很大的融沉, 对铁路造成很大的破坏. 而抛石路基除了能抵消气候变暖的影响外, 还能对路基下的冻土制冷, 保证冻土路基的稳定, 不至于使冻土融化. 因此大力推荐该种路基作为青藏铁路高温冻土区的路基结构, 以便最大限度地保护冻土区的铁路.     

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。     

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。     

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.     

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…     

江河源区典型多年冻土和季节冻土区水热过程对植被盖度的响应

基于青藏高原江河源区典型多年冻土和季节冻土区建立的不同植被盖度下7个地温和水分观测场, 对多年冻土活动层和季节冻土土壤温度和水分对植被盖度的响应分为4个阶段进行分析和对比研究. 结果表明: 随着植被盖度的降低, 多年冻土活动层冻结深度积分减少, 而季节冻土冻结深度积分增加; 多年冻土冻结期负值等温线和未冻结期正值等温线的最大侵入深度和持续时间随着植被盖度降低明显增加; 多年冻土活动层20~60 cm的土壤含水量随着植被盖度降低而减少, 而60~80 cm的土壤含水量反而增加, 季节冻土土壤剖面0~120 cm的水分含量随着植被盖度的降低而减少. 植被盖度的变化改变了冻土水热过程, 且多年冻土和季节冻土对植被盖度的响应不一致.     

三大对策

片石路基 在青藏铁路沿线,当人们看见路面铺的一层片石时,也许会认为这是为了增加路基的稳定性.其实,这是解决冻土难题所采取的一个对策:片石路基.     

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。       

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.     

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。     

祁连山区黑河上游高山多年冻土区活动层季节冻融过程及其影响因素

祁连山区黑河上游多年冻土和活动层土壤水热过程基础观测数据薄弱,制约了黑河流域多年冻土区不同景观下垫面的水文功能研究以及多年冻土和活动层变化的水文效应研究.根据2013~2014年在黑河上游高山多年冻土区东支峨博岭北坡和西支冲积平原的活动层土壤温度、含水量观测资料,系统分析了活动层季节冻融过程、土壤水热动态及其影响因素.结果表明,高山多年冻土区气候条件以及地形地貌、植被、岩性和含水量等局地因素明显影响活动层季节冻融过程及其土壤水热动态,此外还受到积雪、水体和冬季逆温等因素的影响.峨博岭北坡地表温度年较差、活动层底板温度和年平均地温均明显低于黑河西支冲积平原同等海拔处.峨博岭北坡融化始日早、达到最大融化深度的日期晚、融化过程历时长、融化速率小;冻结(自地表向下)始日晚、冻结过程历时长、冻结速率小,完全冻结阶段历时长;在融化上升阶段和冻结下降阶段,活动层含水量变化速率明显较大.本文结果可为黑河流域多年冻土区不同景观下垫面的水文功能研究以及多年冻土和活动层变化的水文效应的辨识、模拟和预测提供基础资料和验证.     

青藏高原21世纪气候和环境变化预估研究进展

本文回顾了21世纪青藏高原区域多种气候和环境要素变化预估研究的进展,包括气温、降水、极端天气气候事件、冻土、积雪、冰川、径流和植被等,预估结果主要来自于SRES和RCP情景下气候模式的预估以及物理统计模型的预估.结果表明,未来青藏高原地面气温将升高,21世纪后期增温更显著.总体来说21世纪高原降水以增加为主,极端天气气候事件增加.高原未来冻土面积缩小,冻土活动层厚度增加,积雪日数和积雪深度减少,冰川将以退缩为主.径流的未来变化较复杂,不同流域之间的差异较大,径流在不同流域表现为增加和减少并存.青藏高原植被对气候变化的响应敏感而脆弱,21世纪中后期青藏高原的生长季长度增加,常绿林/森林出现在高原东部和南部,灌丛植被类型将会扩展并入侵高寒草原.根据已有的研究结果,本文对这些气候与环境要素在21世纪中期(2030~2050年)和后期(2080~2100年)的变化进行了综合集成,给出了它们在21世纪中期和后期的可能变化范围.     

青藏高原五道梁附近多年冻土活动层冻结和融化过程

对约占青藏高原总面积２／３的多年冻土活动层进行了监测研究,通过对青藏高原五道梁附近地温和水分观察资料的分析,依据活动层中温度变化过程的水热的传输特征,把活动层的冻融过程划分为４个阶段,即夏季融化过程（ＳＴ）、秋季冻结过程（ＡＦ）、冬季降温过程（ＷＣ）和春季升温过程（ＳＷ）,在夏季 经和秋季冻结过程中,活动层中水热耦合特征较为复杂,水分的迁移量极大,而在其余两个阶段,活动层中的水分迁移量产小,热量主     

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,…     

浅谈多年冻土路基应用保温材料

根据青藏铁路的应用实际,介绍在多年冻土路基中应用保温材料的工程原理、施工工艺等情况。     

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。