青藏高原冻融过程期划分及发展趋势研究

鉴于冻融循环是高寒地区土壤的基本特征,对地表能量平衡、植被生长、工程建设等有重要影响。基于青藏高原分布在高寒干旱区、半干旱区、湿润区3个气候区、海拔跨度在3 400~4 900m间的58个监测站点2011~2015年逐日表层土壤温度、湿度数据,分析了青藏高原不同气候区不同海拔冻结过程期、完全冻结期、融化过程期、完全消融期的分布特点及演变特征。结果表明,高寒干旱区土壤含水率长期低于4%,土壤中水分稀少,难以冻结,水分的变化主要由于降水和蒸发,表层土壤一直处于融化状态,基本不发生冻融循环;高寒半干旱区、湿润区,降水等补给充足,土壤内的水分随温度的升高或降低,发生显著地融化或冻结在海拔3 400~3 500m处,融化过程期始于3月上旬,完全消融期始于4月上旬,冻结过程期始于11月中旬;完全冻结期始于12月中旬;当海拔上升至4 800~4 900m,融化过程期始于4月上旬,完全消融期始于5月中旬,冻结过程期始于10月下旬,完全冻结期始于11月中旬,随着海拔升高,融化过程期和完全消融期开始的时间延后,冻结过程期和完全冻结期开始的时间提前;气候变暖对青藏高原短期环境特征变化的影响尚未确定,但气温升高可能导致融化过程期和完全消融期开始时间提前,缩短冻结过程期和完全冻结期。研究结果有利于明晰青藏高原表层土壤水热变化规律,为应对气候变化提供坚实的理论基础。

那曲流域季节冻土区土壤水热动态变化分析

鉴于青藏高原冻土区土壤水热动态变化过程对高寒区气候变化、植被演替及退化等方面的研究意义重大。基于2019年9月10日~2020年8月10日那曲流域4个监测站点分层土壤温度和湿度数据,探讨了冻融过程中土壤水热的变化规律及土壤水分和温度间的互作效应。结果表明,那曲流域季节冻土区在冻结过程期、完全冻结期、融化过程期、完全融化期土壤含水率呈现降低—稳定—升高—波动的变化趋势。冻结过程中,土壤水在温度梯度的作用下开始向冻结锋面运移并补充冻结锋面以下的土壤水分,各层土壤含水率均有所下降;融化过程中季节冻土呈现双向消融特征,各层土壤含水率上升,小唐古拉山、措玛乡、那曲大桥、香茂乡分别在20、35、10、50cm土壤水分高值区。土壤在冻结过程中处于放热状态,表层土壤温度较深层小,而融化过程处于吸热状态,表层土壤温度较深层大。随着土层深度增加,气温对土壤温度的影响越来越小,表层土壤温度变化速率均较深层大。5、10、20、35、50cm土层土壤温度与土壤含水率呈正相关关系,确定性系数R2分别为0.596、0.500、0.499、0.304、0.414。研究结果为及时明晰青藏高原土壤水热动态变化状况提供了一定的理论依据。

基于特征分析的设计降雨过程分析与计算

设计降雨是工程水文计算的重要内容.为提高设计降雨的客观性及工程水文计算的区域适用性,选取河北省永年站1980-2018年逐小时降雨观测数据为研究数据,在分析其降雨年际、年内分布特征的基础上,以降雨量、降雨峰值、降雨历时、峰值比四个特征作为关键要素,采用以降雨量和降雨历时为变量的排频法,分别对永年站汛期、非汛期的典型降雨过程进行设计和分析.结果表明:永年站近39年降雨过程具有明显的丰平枯交替变化特征;汛期典型降雨过程的降雨量为16.5 mm、降雨峰值为6.2 mm、降雨历时为3 h、雨型为单峰靠后;非汛期典型降雨过程的降雨量为15.9 mm、降雨峰值为2.6 mm、降雨历时为10 h、雨型为单峰居中;汛期设计降雨过程具有历时短、峰值大、变化急且降雨量集中于后部的特点;非汛期设计降雨过程具有历时长、峰值小、变化缓且降雨量主要集中在中后部的特点.不同时期特点迥异的设计降雨过程较好地反映了区域降雨的时程特征,可为城市防洪排涝的计算、科学灌溉制度的制定提供参考.