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The hydrothermal changes of permafrost active layer and their impact on summer rainfall-runoff processes in an alpine meadow watershed,northwest China
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作者 Jia Qin YongJian Ding +3 位作者 TianDing Han YaPing Chang FaXiang Shi YanHui You 《Research in Cold and Arid Regions》 CSCD 2022年第6期361-369,共9页
The freezing-thawing variation of permafrost active layer increases the complexity of rainfall-runoff processes in alpine river basins,Northwest China.And alpine meadow is the prominent ecosystem in these basins.This ... The freezing-thawing variation of permafrost active layer increases the complexity of rainfall-runoff processes in alpine river basins,Northwest China.And alpine meadow is the prominent ecosystem in these basins.This study selected a small alpine meadow watershed in the upper reaches of the Shule River Basin,China.We investigated alpine rainfall-runoff processes,as well as impacts of summer thaw depth of active layer,soil temperature and moisture variation on streamflow based on in-situ observations from July 2015 to December 2020.Some hydrologic parameters or indices were calculated using statistical methods,and impacts of permafrost change on river runoff were assessed using the variable infiltration capacity model(VIC).In the alpine meadow,surface soil(0–10 cm depth)of the active layer starts to freeze in mid-October each year,and begins to thaw in early April.Also,the deeper soil(70–80 cm depth)of the active layer starts to freeze in late October,and begins to thaw in late June.Moisture content in shallow soils fluctuates regularly,whereas deeper soils are more stable,and their response to rainstorms is negligible.During active layer thawing,the moisture content increases with soil depth.In the alpine meadow,vertical infiltration only occurred in soils up to 40 cm deep,and lateral flow occurred in0–20 and 60–80 cm deep soils at current rainfall intensity.Summer runoff ratios were 0.06–0.31,and runoff floods show lags of 9.5–23.0 h following the rainfall event in the study area.The freeze–thaw process also significantly impacts runoff regression coefficients,which were 0.0088–0.0654 per hour.Recession coefficient decrease negatively correlates with active layer thawing depth in summer and autumn.Alpine river basin permafrost can effectively increase peak discharge and reduce low flow.These findings are highly significant for rainfall–runoff conversion research in alpine areas of inland rivers. 展开更多
关键词 Rainfall-runoff process Alpine meadow permafrost active layer Northwest China
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Linkages between soil microbial stability and carbon storage in the active layer under permafrost degradation
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作者 ShengYun Chen MingHui Wu +1 位作者 Yu Zhang Kai Xue 《Research in Cold and Arid Regions》 CSCD 2021年第3期268-270,共3页
The Qinghai-Tibet Plateau(QTP)distributes the largest extent of high-altitude mountain permafrost in the world(Zou et al.,2017),which has different characteristics from high-latitude permafrost(Yang et al.,2010)and st... The Qinghai-Tibet Plateau(QTP)distributes the largest extent of high-altitude mountain permafrost in the world(Zou et al.,2017),which has different characteristics from high-latitude permafrost(Yang et al.,2010)and stores massive soil carbon. 展开更多
关键词 permafrost QTP Linkages between soil microbial stability and carbon storage in the active layer under permafrost degradation
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季节性冻土层埋地管道围岩稳定性分析
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作者 王志国 曹静 +3 位作者 赵越超 韩强 杜佳华 滕振超 《当代化工》 CAS 2024年第4期925-933,共9页
中国作为世界冻土大国,近一半国土含有不同种类的冻土,在油气管道的敷设过程中冻土、冻岩问题不可避免,因此研究埋地管道周围岩石稳定性十分重要。弹性模量是分析及评价岩石结构完整性与稳定性的重要指标,埋地管道围岩宏观及微观组成结... 中国作为世界冻土大国,近一半国土含有不同种类的冻土,在油气管道的敷设过程中冻土、冻岩问题不可避免,因此研究埋地管道周围岩石稳定性十分重要。弹性模量是分析及评价岩石结构完整性与稳定性的重要指标,埋地管道围岩宏观及微观组成结构及分布特征等对岩石弹性模量有重要影响,目前研究存在一定不足。基于多孔介质表征单元体方法,建立了饱和冻岩弹性模量计算模型。利用所建模型,以砂岩体结构为例进行了模拟计算,分析了孔隙率、含水率以及通道构成系数等变化对岩石弹性模量的影响特性。结果表明:模型的弹性模量随孔隙率的增大呈下降趋势;当孔隙率恒定时,弹性模量随含水量的增大而减小,随通道构成系数的增大而减小。 展开更多
关键词 埋地管道 弹性模量 表征单元体 多孔介质 季节性冻土层
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高温不稳定多年冻土区保温护道路基热状况监测分析
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作者 张玉芝 贾明涛 +2 位作者 朱东鹏 梁少杰 潘晓天 《冰川冻土》 CSCD 2024年第4期1214-1224,共11页
基于高温不稳定多年冻土区保温护道路段地温监测数据,分析了天然场地及左右路肩下地温、年平均地层温度、热收支及多年冻土上限变化等,探讨了气候变暖及阴阳坡效应下路基不同位置不同深度热状态变化特性及其与天然场地的差异。结果表明... 基于高温不稳定多年冻土区保温护道路段地温监测数据,分析了天然场地及左右路肩下地温、年平均地层温度、热收支及多年冻土上限变化等,探讨了气候变暖及阴阳坡效应下路基不同位置不同深度热状态变化特性及其与天然场地的差异。结果表明:左右路肩阴阳坡效应显著,左路肩下多年冻土最大融化深度为右路肩的2倍,最大融化深度降低速率为右路肩的5倍,且左路肩下多年冻土上限下降速率为右路肩的1.5倍;右路肩处在阴坡且保温护道可能对其多年冻土维持稳定起到了一定积极作用,抬升了其人为冻土上限并减缓了上限下降速率。不同位置年平均地层温度均呈上升趋势,且增长速率随深度逐渐降低,然而左路肩的路基与天然场地交界面附近温度增长速率大于2.5 m深度处,表明此特殊位置土层在多因素作用下可能受到更强的热扰动影响。一般情况下,冻土吸热放热量均随深度降低逐渐减少,但多年冻土上限处在0℃等温线的特殊位置,可能出现吸热量突然增大的现象;多年冻土上限处由于深度较深,热收支增长速率已不受阴阳坡效应影响,该断面左路肩多年冻土上限处年平均热收支为右路肩的2.92倍,但其热收支增长速率几乎相等。 展开更多
关键词 青藏公路 高温不稳定冻土 热收支 年平均地层温度 多年冻土上限
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大兴安岭地区多年冻土区不同深度土壤碳分布特征 被引量:2
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作者 张紫豪 王迪 +5 位作者 吴祥文 李天瑞 郑智超 何俭翔 刘立新 臧淑英 《地理科学》 CSSCI CSCD 北大核心 2024年第3期534-542,共9页
高纬度多年冻土区是对气候变化响应最敏感的区域,多年冻土退化严重影响土壤碳循环过程,揭示不同地表覆盖类型下多年冻土区土壤有机碳的垂直分布规律,对于预测未来多年冻土区土壤碳库变化有重要意义。本研究以大兴安岭高纬度多年冻土区... 高纬度多年冻土区是对气候变化响应最敏感的区域,多年冻土退化严重影响土壤碳循环过程,揭示不同地表覆盖类型下多年冻土区土壤有机碳的垂直分布规律,对于预测未来多年冻土区土壤碳库变化有重要意义。本研究以大兴安岭高纬度多年冻土区森林、森林沼泽、灌丛沼泽为研究对象,利用钻探法采集土柱(7~8m),对3种不同植被下的土壤碳(有机碳、可溶性有机碳)进行测定,进一步分析土壤碳含量的垂直分布特征。结果表明,随着深度增加,土壤碳含量降低,有机碳含量变化范围为14.55~95.98g/kg(森林沼泽)、17.48~132.93g/kg(森林)、2.58~396.50 g/kg(灌丛沼泽),但在多年冻土层中也存在较高碳含量的情况;活动层土壤有机碳和可溶性有机碳平均含量均表现为:灌丛沼泽>森林>森林沼泽,多年冻土层土壤有机碳和可溶性有机碳平均含量均表现为在森林沼泽>森林>灌丛沼泽;各组分碳在活动层的变异系数表现为30.31%~114.26%,各组分碳在多年冻土层的变异系数表现为30.23%~192.09%;相关分析表明,土壤碳与深度和pH呈负相关,与土壤水分显著正相关。 展开更多
关键词 大兴安岭 活动层 多年冻土层 土壤碳 土壤水分
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多年冻土InSAR地表变形监测与土壤水热过程研究
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作者 褚洪义 杨博 +4 位作者 魏东琦 李汶洪 黄兆欢 张茗爽 乔冈 《西北地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期244-254,共11页
地表变形是反映活动层冻融过程的重要特征。为研究地表变形与活动层水热过程的相关性,采用SBAS-InSAR技术对祁连山地区野牛沟多年冻土区近5a的地表变形进行长期连续监测,并基于野外观测数据研究了地表变形与土壤水热过程的关系。结果表... 地表变形是反映活动层冻融过程的重要特征。为研究地表变形与活动层水热过程的相关性,采用SBAS-InSAR技术对祁连山地区野牛沟多年冻土区近5a的地表变形进行长期连续监测,并基于野外观测数据研究了地表变形与土壤水热过程的关系。结果表明,冻融过程与水力侵蚀作用引起的地表变形最为显著,地表变形表现出明显的季节性特征。冻融过程引起的地表累积变形较小,年际冻胀、融沉幅度约为10~20 mm;水力侵蚀引起的地表累积变形较大,年际地表变形幅度超过50 mm。野外观测数据表明活动层土壤温度具有轻微的下降趋势,负温等温线下探深度增加、历时加长,冻结锋面交汇日逐渐提前。地表变形与土壤温度、土壤湿度具有较好的相关性,在土壤水分富集区相关性更强,相关系数分别为-0.522、-0.415(P<0.001)。土壤水分富集区土壤含水量的变化对地表冻胀、融沉幅度变化的影响也更显著,两者具有良好的线性关系。笔者定量描述了活动层地表变形与土壤水热过程的关系,对大范围活动层冻融参数的监测研究具有参考意义。 展开更多
关键词 INSAR 地表变形 多年冻土 活动层 水热过程
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青藏高原风火山流域多年冻土活动层土壤水分入渗特征及变化分析
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作者 刘健 翁学礼 +1 位作者 常娟 张方园 《冰川冻土》 CSCD 2024年第1期312-324,共13页
坡向和坡位是影响坡面活动层土壤水分入渗的重要因素,然而当前对多年冻土区活动层土壤冻融循环影响下不同坡向、坡位土壤水分入渗特征的研究甚少。本文设置了不同时空条件的野外试验点,更加系统地分析了青藏高原多年冻土区活动层土壤水... 坡向和坡位是影响坡面活动层土壤水分入渗的重要因素,然而当前对多年冻土区活动层土壤冻融循环影响下不同坡向、坡位土壤水分入渗特征的研究甚少。本文设置了不同时空条件的野外试验点,更加系统地分析了青藏高原多年冻土区活动层土壤水分入渗过程的时空差异性。选取青藏高原腹地风火山流域高寒草甸坡面活动层土壤为试验地,分别在不同的坡向(阳坡、阴坡)和坡位(坡顶、坡中)设置观测点,分析活动层土壤在完全融化期(7—8月)和开始冻结期(9—10月)坡面水分的入渗特征及其时空差异性,评估不同入渗模型在研究区的适用性。结果表明,多年冻土区坡面活动层土壤水分入渗特征具有较强的时空差异性。土壤水分入渗过程可以分为入渗瞬变阶段(0~30 min)、入渗渐变阶段(30~100 min)、入渗稳定阶段(>100 min)三个阶段,入渗速率的大小整体表现为阳坡>阴坡,坡顶>坡中,完全融化期>开始冻结期,瞬变阶段>渐变阶段>稳定阶段。五种模型对入渗过程的模拟结果显示,Horton模型对青藏高原多年冻土区土壤水分入渗过程的模拟效果最佳,而通用经验模型和蒋定生公式对入渗的拟合曲线和统计参数几乎完全相同,但模型表达式不同。本文研究结果可为不同时空条件下的陆地水文过程模型参数化提供数据支持。 展开更多
关键词 多年冻土 活动层土壤水分 土壤入渗 入渗模型
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江河源冻土区土壤碳氮空间分布特征及其影响因素 被引量:1
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作者 李世珍 袁自强 +9 位作者 林琳 陈方方 王金牛 高怡婷 雷汶杰 刘佳 彭贻菲 沈琦 金会军 罗栋梁 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期5246-5258,共13页
江河源区是我国高寒生态安全屏障的重要区域,冻土的长期存在使其形成低温冻结环境,弱化了土壤微生物活性,抑制了土壤有机质的矿化过程,因而其近地表浅层土壤碳氮含量高。然而,土壤碳氮含量对不同冻土分区和环境因素响应的空间分异规律... 江河源区是我国高寒生态安全屏障的重要区域,冻土的长期存在使其形成低温冻结环境,弱化了土壤微生物活性,抑制了土壤有机质的矿化过程,因而其近地表浅层土壤碳氮含量高。然而,土壤碳氮含量对不同冻土分区和环境因素响应的空间分异规律尚不清楚。为此,针对江河源4个不同冻土区(季节冻土区、岛状多年冻土区、不连续多年冻土区、片状连续多年冻土区)共11个样点进行植被样方调查、土壤分层采样。在分析碳氮含量的基础上,探讨了年均地温(MAGT)、活动层厚度(ALT)、海拔(ASL)、土壤深度(SD)、植被特征及土壤pH对土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、碳氮比(C/N)的影响。结果表明:(1)SOC、TN、C/N在片状连续多年冻土区最高,在季节冻土区最低,且与年均地温负相关,和海拔正相关;(2)江河源区SOC、TN、C/N随土壤深度的增加而降低,自表层至40cm深度整体下降幅度分别为58.45%、36.96%、17.01%;(3)SOC、TN、C/N与植被覆盖度(FVC)显著正相关(P≤0.05),与土壤pH值显著负相关(P≤0.01);(4)冗余分析表明,土壤pH、MAGT、ALT、SD、FVC是影响江河源区SOC、TN、C/N空间分布的关键因素。研究结果可为厘清气候趋暖条件下江河源区土壤碳氮空间分异规律及多年冻土热稳定性对土壤碳氮排放的影响提供科学基础,同时也有助于预测多年冻土区土壤碳氮空间变化。 展开更多
关键词 江河源区 冻土区 土壤有机碳 全氮 碳氮比 活动层
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基于水-热耦合模型的多年冻土隧道隔热层厚度优化研究
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作者 郭硕栋 王晓川 +1 位作者 张耀阳 陈泽盟 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第2期192-200,共9页
为了使多年冻土隧道围岩保持冻结状态,经常选择在隧道衬砌结构中铺设保温隔热层的方法以防止围岩产生冻融破坏。保温隔热层的厚度是影响多年冻土隧道结构的稳定性和工程经济的一个重要参数。针对这一问题,建立了考虑渗流和冰水相变的水... 为了使多年冻土隧道围岩保持冻结状态,经常选择在隧道衬砌结构中铺设保温隔热层的方法以防止围岩产生冻融破坏。保温隔热层的厚度是影响多年冻土隧道结构的稳定性和工程经济的一个重要参数。针对这一问题,建立了考虑渗流和冰水相变的水-热耦合模型,并将该模型嵌入COMSOL Multiphysics数值软件中加以应用。以青海省某隧道为研究对象,对该隧道洞口段保温隔热层厚度的优化设计进行研究。结果表明:隧道仰拱位置被确定为优化设计的不利位置,隧道开挖在第1年的5月23日温度达到最高,被确定为优化设计的不利时间;不利位置处的最高温度随保温隔热层厚度的增加而下降,通过拟合公式计算出最优隔热层厚度为7.2 cm;在最优保温隔热层厚度下隧道衬砌背后围岩温度均处于0℃以下,不会产生冻融破坏。隧道在设计隔热结构时采用7.2 cm的隔热层厚度提高了围岩隧道结构的稳定性。 展开更多
关键词 隧道隔热层厚度 多年冻土 水-热耦合 温度场 数值模拟
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高海拔地区永冻地层钻探工程施工方法探析
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作者 杨新江 《智能城市应用》 2024年第8期40-42,共3页
随着资源开发的不断深入和科技水平的不断提高,高海拔地区的永冻地层钻探工程日益受到重视。高海拔地区的永冻地层具有独特的地质特征和环境条件,其钻探工程的施工方法及安全保障措施也面临诸多挑战。文章针对高海拔地区永冻地层钻探工... 随着资源开发的不断深入和科技水平的不断提高,高海拔地区的永冻地层钻探工程日益受到重视。高海拔地区的永冻地层具有独特的地质特征和环境条件,其钻探工程的施工方法及安全保障措施也面临诸多挑战。文章针对高海拔地区永冻地层钻探工程的特殊性,探讨施工方法,分析了施工方法及安全保障措施,包括前期准备、钻探工程施工流程和关键技术等方面,为高海拔地区永冻地层钻探工程提供可行性和参考。 展开更多
关键词 高海拔地区 永冻地层 钻探工程 施工方法 安全保障
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三江源多年冻土活动层厚度变化特征研究
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作者 徐晓明 吴青柏 《冰川冻土》 CSCD 2024年第5期1579-1593,共15页
作为多年冻土与外界大气间水热交换的主要场所,活动层及其变化特征显著影响着地―气间水热交换、碳循环、地表及地下水文过程、地形地貌、生态系统和寒区工程建筑物安全。本文利用三江源区内多年冻土活动层厚度的实测数据,基于修正Stefa... 作为多年冻土与外界大气间水热交换的主要场所,活动层及其变化特征显著影响着地―气间水热交换、碳循环、地表及地下水文过程、地形地貌、生态系统和寒区工程建筑物安全。本文利用三江源区内多年冻土活动层厚度的实测数据,基于修正Stefan模型对三江源区多年冻土活动层厚度的空间分布特征及其未来变化趋势进行了研究,并对可能影响活动层厚度变化的因素进行了讨论。结果表明,1981—2018年,活动层厚度增大的速率达7.2 cm·(10a)^(-1)。未来活动层厚度仍呈现增大的趋势,增大最明显的是三江源中部地区。2006—2049年,活动层厚度以4.3 cm·(10a)^(-1)(RCP6.0)到6.8 cm·(10a)^(-1)(RCP8.5)速率增大;2050—2099年,以0.04 cm·(10a)^(-1)(RCP2.6)到5.6 cm·(10a)^(-1)(RCP8.5)速率增大,明显小于前50年的增大速率,活动层厚度增大速率变缓。对活动层厚度变化影响因素分析表明,影响最大的是年平均气温,年降水量的影响并不明显,而NDVI对活动层厚度有一定的影响。本文的结果将会对三江源区的水源涵养、气候调节和生态安全等方面产生重要影响。 展开更多
关键词 三江源 青藏高原 多年冻土 气候变化 活动层
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PUC固化路基融化夹层强度及耐冻融性能研究
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作者 王钰如 牛富俊 +1 位作者 刘明浩 王子一 《地基处理》 2024年第S01期7-14,共8页
多年冻土退化导致路基融化夹层(SSLT)数量增加、范围扩大、埋深加剧,其含水量高、压缩性大、承载力低的特点,威胁多年冻土区基础设施安全运行。因此,开展融化夹层的处置研究工作,对寒区基础设施的维护和修复至关重要。为此,本文提出借... 多年冻土退化导致路基融化夹层(SSLT)数量增加、范围扩大、埋深加剧,其含水量高、压缩性大、承载力低的特点,威胁多年冻土区基础设施安全运行。因此,开展融化夹层的处置研究工作,对寒区基础设施的维护和修复至关重要。为此,本文提出借鉴软土加固技术对其进行加固,采用亲水性聚氨酯(WPU)及改性水泥基地聚物材料(PUC)为固化剂,研究对SSLT的加固效果。结果表明,WPU固化SSLT试样呈弹性特征,压缩强度随WPU掺量增加而增大;当SSLT含水量分别为35%、40%和50%时,WPU最佳掺量分别为6%、10%和15%;冻融循环降低固化土无侧限抗压强度,冻融循环15次,掺入WPU和未掺入WPU固化土强度损失率分别为43.11%和49.38%;微观分析表明,PUC固化剂固化SSLT强度的增加,一部分是WPU充填、包裹、胶结土颗粒增加土体密实度,一部分来自水泥水化过程。本文为寒区老旧路基改造及提高其安全稳定运营提供一种新的解决思路。 展开更多
关键词 多年冻土 融化夹层 路基加固 亲水性聚氨酯 无侧限抗压强度 冻融循环
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青藏公路沿线多年冻土活动层地温变化规律及影响因素研究
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作者 朱元涛 任倩慧 +1 位作者 岳一凡 聂婷婷 《青海大学学报》 2024年第1期1-8,共8页
为探究青藏公路沿线多年冻土活动层地温变化规律与影响因素,本文选取青藏公路沿线2个代表性地区(西大滩、五道梁)2013—2022年多年冻土活动层地温及气象数据,对多年冻土活动层地温的时空变化规律和4个主要影响因素(气温、比湿度、降水... 为探究青藏公路沿线多年冻土活动层地温变化规律与影响因素,本文选取青藏公路沿线2个代表性地区(西大滩、五道梁)2013—2022年多年冻土活动层地温及气象数据,对多年冻土活动层地温的时空变化规律和4个主要影响因素(气温、比湿度、降水量、表层40cm土壤含水量展开研究。结果显示:青藏公路沿线多年冻土活动层地温在空间特征上表现为活动层地温波动幅度随着土壤深度的加深逐渐趋于平稳;在时间特征上表现为随着土壤深度的加深,气温对活动层地温产生的滞后天数逐渐增加。4个主要影响因素对多年冻土活动层地温影响的顺序为气温>比湿度>降水量>表层40cm土壤含水量,其中气温与比湿度对浅层活动层地温的贡献率最大,表层40cm土壤含水量贡献率最小。该结果可为青藏公路的病害分析和防治对策研究提供科学依据。 展开更多
关键词 青藏高原 多年冻土 地温 活动层
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顾及土壤热传导-对流效应的InSAR冻土活动层厚度估计
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作者 杨沙 王琪洁 +1 位作者 李佳晨 张亚 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期2568-2581,共14页
冻土活动层厚度(Active Layer Thickness,ALT)的变化是反映青藏高原多年冻土发育情况及其状态的一个重要指标,监测活动层厚度变化对寒区景观稳定发展、碳循环等方面具有非常重要的意义.由于合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthe... 冻土活动层厚度(Active Layer Thickness,ALT)的变化是反映青藏高原多年冻土发育情况及其状态的一个重要指标,监测活动层厚度变化对寒区景观稳定发展、碳循环等方面具有非常重要的意义.由于合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)技术具有大范围、高精度、高时空分辨率等优势,近年来逐渐被用于反演活动层厚度.已有研究中基于InSAR和土壤一维热传导模型的活动层厚度估计方法,没有充分考虑到冻土中土壤水分对流引起的热量传递.因此本文提出了基于InSAR时序形变及土壤热传导-对流模型的活动层厚度估计方法,利用土壤热传导-对流模型建立InSAR探测的最大融沉形变与最高地温之间的滞后时间与活动层厚度之间的相关关系,实现了由滞后时间直接推算大范围、高分辨率的冻土活动层厚度.本文以青藏高原五道梁多年冻土区为例,利用116景Sentinel-1影像图作为实验数据,估计了该地区2017—2020年的平均活动层厚度.结果表明,活动层厚度值范围为0~7.0 m,平均活动层厚度为3.06 m,与已有研究中相近时间段相关成果及观测数据结果一致.本文方法兼顾冻土水热过程,证明了土壤热传导-对流模型在冻土活动层厚度反演中具有良好的应用前景,可用于青藏高原其他偏远地区的高空间分辨率活动层厚度反演. 展开更多
关键词 冻土 土壤热传导-对流模型 青藏高原 活动层厚度 INSAR
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2000~2021年北半球多年冻土区NDVI变化趋势及其影响因素
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作者 李羽莹 刘桂民 +5 位作者 吴晓东 王耀新 康国慧 赵俊 董云霞 王琳 《地球科学与环境学报》 CAS 北大核心 2024年第3期321-333,共13页
气候变暖正在导致北半球多年冻土区的土地覆被类型和植被生物量发生快速变化,而不同冻土类型区和不同土地覆被类型区对气候变化的响应程度尚不清楚。基于Slope趋势分析和皮尔逊相关性分析,量化了2000~2021年北半球多年冻土区归一化植被... 气候变暖正在导致北半球多年冻土区的土地覆被类型和植被生物量发生快速变化,而不同冻土类型区和不同土地覆被类型区对气候变化的响应程度尚不清楚。基于Slope趋势分析和皮尔逊相关性分析,量化了2000~2021年北半球多年冻土区归一化植被指数(NDVI)的时空变化及其对气候变化的响应。结果表明:约21.43%的多年冻土区NDVI值表现出显著增长趋势,其中连续和不连续多年冻土区的NDVI值增长速率是零星多年冻土区的2~3倍。在月尺度上,约33.75%多年冻土区的NDVI值在6月呈显著增长趋势,其中连续多年冻土区和灌丛植被类型区的增长速率最快。气温、降水量和活动层厚度均呈显著上升趋势,积雪覆盖率呈下降趋势。气温升高对俄罗斯等低纬度冻土区的植被生长起到了促进作用;降水在蒙古高原等一些特定干旱区对植被生长具有促进作用,但在俄罗斯中部和加拿大南部存在不利影响;积雪对于俄罗斯南部等积雪覆盖较低地区的植被生长有促进作用,而对于北极等积雪覆盖较高的地区存在不利影响;活动层厚度的增加有助于俄罗斯北部等冻土区的植被加速生长。总之,北半球多年冻土区植被整体呈增长趋势,气温升高仍然是北半球多年冻土区植被生长的主控因素,但不同多年冻土类型区的NDVI值增长有着明显的月份差异,因此在以后植被模型的发展和改进时需要考虑月份的差异。 展开更多
关键词 归一化植被指数 气温 降水 积雪 活动层厚度 时空变化 皮尔逊相关性分析 多年冻土区
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Hydrological effects of alpine permafrost in the headwaters of the Urumqi River,Tianshan Mountains 被引量:3
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作者 TianDing Han HongZheng Pu +1 位作者 Peng Cheng KeQin Jiao 《Research in Cold and Arid Regions》 CSCD 2016年第3期241-249,共9页
Against the background of climate change, alpine permafrost active layers have shown a gradual thickening trend and the hydrothermal conditions have undergone significant changes in the Tianshan Mountains and the Qing... Against the background of climate change, alpine permafrost active layers have shown a gradual thickening trend and the hydrothermal conditions have undergone significant changes in the Tianshan Mountains and the Qinghai-Tibet Plateau, China. At the ice-free cirque basins in the headwaters of the Urumqi River (hereafter referred to as the Ice-Free Cirque) in eastern Tianshan, China, the hydrological effects of the alpine permafrost active layers appear to have also exhibited sig- nificant changes recently. The increasing trend of local precipitation is clear in May and June. The onset of winter and spring snowmelt runoff clearly lags behind increases of air temperature, and the runoff peak appears near the beginning of the melting season, which results in the spring rtmoff increasing. In summer, runoff decreases strongly and the maximum runoff occurs earlier. In our analysis of meteorological and hydrologic data from 1959 to 2010, the runoffand precipitation changes are significantly correlated. In the initial stage of runoff, the runoff-producing process is mainly under the control of the soil water content and soil temperature in the 0-30 cm active layers. Spring precipitation and snowmelt water are mainly involved in the processes of infiltration and evaporation while some melt water infiltrates into the seasonal thawed layer and stays above the frozen layers. During the strong ablation period in summer, the runoff-generating process is mainly controlled by soil water content in the active layers deeper than 60 cm. In the active layer, precipitation and sea- sonal snowmelt water infiltrates, migrates, collects, and then forms runoff. 展开更多
关键词 permafrost active layer air temperature precipitation runoff headwaters of the Urumqi River
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Highway Roadway Stability Influenced by Warm Permafrost and Seasonal Frost Action:A Case Study from Glennallen,Alaska,USA 被引量:6
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作者 Max C.Brewer 《Research in Cold and Arid Regions》 2008年第1期26-41,共16页
Ground temperatures from four of the seven extensively studied highway cross-sections near Gulkana/Glennallen,Alaska during 1954;962,were chosen to better understand the impacts of highway construction on warm permafr... Ground temperatures from four of the seven extensively studied highway cross-sections near Gulkana/Glennallen,Alaska during 1954;962,were chosen to better understand the impacts of highway construction on warm permafrost.Both the thawing of permafrost and seasonal frost action impacted on road surface stability for about 6 years until the maximum summer thaw reached about 3 m in depth.Seasonal frost action caused most of the ensuing stability problems.Unusually warm summers and the lengths of time required to re-freeze the active layer were far more important than the average annual air temperatures in determining the temperatures of the underlying shallow permafrost,or the development of taliks.The hypothesized climate warming would slightly and gradually deepen the active layer and the developed under-lying talik,but its effect would be obscured by unusually warm summers,by warmer than usual winters,and by the vari-able lengths of time of the zero curtains.At least one period of climate mini-cooling in the deeper permafrost during the early 20th century was noted. 展开更多
关键词 warm permafrost active layer seasonal frost action zero curtain talik ROADWAY climate warming
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Role of permafrost in resilience of social-ecological system and its spatio-temporal dynamics in the source regions of Yangtze and Yellow Rivers 被引量:2
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作者 FANG Yi-ping ZHU Fu-biao +2 位作者 YI Shu-hua QIU Xiao-ping DING Yong-jian 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2019年第1期179-194,共16页
Permafrost is one of the key components of terrestrial ecosystem in cold regions. In the context of climate change, few studies have investigated resilience of social ecological system(SER) from the perspective of per... Permafrost is one of the key components of terrestrial ecosystem in cold regions. In the context of climate change, few studies have investigated resilience of social ecological system(SER) from the perspective of permafrost that restricts the hydrothermal condition of alpine grassland ecosystem. In this paper, based on the structural dynamics, we developed the numerical model for the SER in the permafrost regions of the source of Yangtze and Yellow Rivers, analyzed the spatial-temporal characteristics and sensitivity of the SER, and estimated the effect of permafrost change on the SER. The results indicate that: 1) the SER has an increasing trend, especially after 1997, which is the joint effect of precipitation, temperature, NPP and ecological conservation projects; 2) the SER shows the spatial feature of high in southeast and low in northwest,which is consistent with the variation trends of high southeast and low northwest for the precipitation, temperature and NPP, and low southeast and high northwest for the altitude; 3) the high sensitive regions of SER to the permafrost change have gradually transited from the island distribution to zonal and planar distribution since 1980, moreover, the sensitive degree has gradually reduced; relatively, the sensitivity has high value in the north and south, and low value in the south and east; 4) the thickness of permafrost active layer shows a highly negative correlation with the SER. The contribution rate of permafrost change to the SER is-4.3%, that is, once the thickness of permafrost active layer increases 1 unit, the SER would decrease 0.04 units. 展开更多
关键词 RESILIENCE of social ECOLOGICAL system permafrost permafrost active layer thickness Structural dynamic equation Source regions of YANGTZE and YELLOW RIVERS
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Performance comparison of permafrost models in Wudaoliang Basin,Qinghai-Tibet Plateau,China 被引量:3
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作者 YIN Guo-an NIU Fu-jun +2 位作者 LIN Zhan-ju LUO Jing LIU Ming-hao 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2016年第7期1162-1173,共12页
Knowledge of the spatial distribution of permafrost and the effects of climate on ground temperature are important for land use and infrastructure development on the Qinghai-Tibet Plateau(QTP). Different permafrost mo... Knowledge of the spatial distribution of permafrost and the effects of climate on ground temperature are important for land use and infrastructure development on the Qinghai-Tibet Plateau(QTP). Different permafrost models have been developed to simulate the ground temperature and active layer thickness(ALT). In this study, Temperature at Top of Permafrost(TTOP) model, Kudryavtsev model and modified Stefan solution were evaluated against detailed field measurements at four distinct field sites in the Wudaoliang Basin to better understand the applicability of permafrost models. Field data from 2012 to 2014 showed that there were notable differences in observed ground temperatures and ALTs within and among the sites. The TTOP model is relatively simple, however, when driven by averaged input values, it produced more accurate permafrost surface temperature(Tps) than the Kudryavtsev model. The modified Stefan solution resulted in a satisfactory accuracy of 90%, which was better than the Kudryavtsev model for estimating ALTs. The modified Stefan solution had the potential of being applied to climate-change studies in the future. Furthermore, additional field investigations over longer periods focusing on hydrology, which has significant influence on permafrost thaw, are necessary. These efforts should employ advanced measurement techniques to obtain adequate and extensive local parameters that will help improve model accuracy. 展开更多
关键词 permafrost model Active layer thickness Soil freeze-thaw Soil temperature
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A method used to determine the upper thermal boundary of subgrade based on boundary layer theory 被引量:1
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作者 QingBo Bai Xu Li YaHu Tian 《Research in Cold and Arid Regions》 CSCD 2015年第4期384-391,共8页
In the numerical simulation of long-term subgrade temperature fields, the daily variation of soil temperature at a certain depth h is negligible. Such phenomenon is called the "boundary layer theory." Depth h is def... In the numerical simulation of long-term subgrade temperature fields, the daily variation of soil temperature at a certain depth h is negligible. Such phenomenon is called the "boundary layer theory." Depth h is defined as the boundary layer thickness and the soil temperature at h is approximately equal to a temperature increment plus the average atmosphere temperature. In the past, the boundary layer thickness and temperature increment were usually extracted from monitored data in the field. In this paper, a method is proposed to determinate the boundary layer thickness and temperature incre- ment. Based on the typical designs of highway or railway, the theoretical solution of boundary layer thickness is inferred and listed. Further, the empirical equation and design chart for determining the temperature increment are given in which the following factors are addressed, including solar radiation, equivalent thermal diffusivity and convective heat-transfer coefficient. Using these equations or design charts, the boundary layer thickness and temperature increment can be easily determined and used in the simulation of long-term subgrade temperature fields. Finally, an example is conducted and used to verify the method. The result shows that the proposed method for determining the upper thermal boundary of subgrade is accurate and practical. 展开更多
关键词 temperature field boundary layer permafrost SUBGRADE equivalent thermal diffusivity
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