冻土路基表面的融化指数与冻结指数

在冻土层之上筑路,由于会改变地 气界面的热物理特性,进而影响冻土层的热力→动力稳定性,故而修筑一定高度的路基成为保护冻土层所采取的一种常规措施.在修筑路基之后,与路基边坡的朝向有关的热效应是冻土路基工程保护措施必须考虑的问题.在数理分析与数值模拟分析的基础上,给出了可根据气温的年最大和最小月平均值计算路基表面的融化指数与冻结指数以及有关热状况参数的方法,并以青藏铁路北麓河段2002年为例进行了计算分析.实例分析表明,即便是没有修筑道路,北麓河地区的冻土也已经处于临界状态;路基相对的两个坡面,由于朝向不同会造成温度分布的强非均匀性,其中南和偏南方向与北和偏北方向的路基坡面热状况差异最大,有必要对路基相对的两个坡面采用不同的防护措施,一方面改善就地取土修筑路基对其下伏冻土层的直接不良影响,同时也尽可能减小路基表面温度分布的非均匀性,以避免纵向裂缝的发生.

青藏铁路沿线1966-2004年冻结与融化指数的变化趋势

利用日气温观测值计算了青藏铁路沿线7个主要气象站1966-2004年的年冻结与融化指数,分析了这些指数的统计与分布特征,并应用两种趋势检验方法:非参数Mann-Kendall检验法和简单线性回归法分析了这些台站年冻结与融化指数的变化趋势。结果表明,青藏铁路沿线多年平均冻结指数大致分布在95～2300oC·日之间,多年平均融化指数大致在630～3250oC·日之间。7个站点的冻结指数均呈减少趋势,其线性倾向率分布在-16.6～-59.1oC·日/10a之间;融化指数均呈增加趋势,其线性倾向率分布在19.8～45.6oC·日/10a之间。MK趋势检验的结果显示,除格尔木表现出微弱的减少趋势外,其他站点都呈现了0.05水平下的显著减少趋势;年融化指数除格尔木和沱沱河表现出弱增加趋势外,其他5个台站都显示出了0.05水平下的显著增加趋势。简单线性回归方法得到的趋势结果与MK趋势检验结果相一致。

吉林省季节冻土区年冻融指数的时空变化特征

利用1961-2015年吉林省46个气象站的气象数据,采用气候诊断分析方法,研究了吉林省季节冻土区年冻融指数的时空变化特征及其与经度、纬度、海拔的关系。结果表明:吉林省冻结指数呈由北向南逐渐降低,融化指数由西向东逐渐降低的趋势分布。1961-2015年冻结指数呈显著下降趋势,AFI(空气冻结指数)和SFI(地表冻结指数)气候倾向率分别为-48.7℃·d·(10a)-1和-166.8℃·d·(10a)-1。融化指数显著上升,ATI(空气融化指数)和STI(地表融化指数)分别以57.0℃·d·(10a)-1和93.7℃·d·(10a)-1的气候倾向率显著上升。SFI、ATI和STI分别于2001年、1994年和1997年发生了突变。20世纪60、70年代冻结指数异常偏高,融化指数异常偏低。吉林省年冻融指数的变化趋势在未来整体上依然延续下去,即冻结指数为下降趋势,融化指数为上升趋势。冻结指数受纬度影响最大,随着纬度的升高而上升,融化指数受海拔影响最大,随着海拔的升高而显著下降。冻结指数气候倾向率随着海拔的升高而上升,融化指数气候倾向率随着纬度的升高而上升。

1978-2017年西藏高原冻融指数时空变化特征

西藏高原是我国面积最大的高寒冻土区,研究土壤的冻融变化可为该区生态环境变化及评估提供依据。本文基于西藏高原气象站1978-2017年日均气温数据,计算了空气的冻结和融化指数并分析了其时空变化特征,探讨了主要的影响因子。分析结果表明:由34个气象站点代表的近40年西藏高原冻结指数范围在386.8~886.1℃·d,融化指数范围在1960.3~2521.5℃·d;冻结指数与融化指数都随时间波动变化,但趋势相反:其中冻结指数倾向率为-9.2℃·d·a^(-1),呈下降趋势;融化指数倾向率为11.1℃·d·a^(-1),呈上升趋势。冻融指数的变化趋势表明西藏高原具有暖化的特点。冻结指数均值的空间分布特征表现出自东南向西北递增的规律,而融化指数则在中南部和东部出现高值中心;西藏高原西北地区冻结指数下降速率较东南地区更快,融化指数则在西藏高原大部分区域内呈现快速上升的变化趋势。西藏高原冻融指数受经纬度、海拔和社会经济因素的综合影响,但海拔是影响冻融指数变化的主导因子。

我国北疆地区1961—2017年冻融指数的变化趋势

利用我国北疆地区49个主要气象站1961-2017年的逐日平均气温观测值计算了年冻融指数,并分析其变化趋势及分布特征。结果表明:北疆地区冻结指数出现明显的下降趋势,下降速率为51.6℃·d·(10a)-1。冻结指数的范围在509~2304.9℃·d之间,平均值为1240℃·d。北疆地区融化指数出现明显上升趋势,上升速率为73.9℃·d·(10a)-1。融化指数的范围在526.4~4531.1℃·d之间,平均值为3516℃·d。冻结指数表现出在经纬度和海拔较低的准噶尔盆地和伊宁地区较小,在海拔高的高山地区如阿尔泰山和天山山脉较大;融化指数与之相反。北疆地区冻结指数受经纬度及海拔的综合影响,融化指数则主要受海拔影响;年平均气温和冻融指数有非常强的线性关系。

气候变暖背景下羌塘自然保护区年冻融指数的变化特征

利用1971~2019年羌塘自然保护区5个气象站逐日平均气温和地表温度,通过线性回归和Mann-Kendall等方法,分析气候变暖背景下近49a自然保护区大气和地面冻融指数的时空变化特征,并预估了RCP4.5和RCP8.5两种排放情景下,未来80a(2021~2100年)大气和地面冻融指数的变化。结果表明:(1)自然保护区大气融化指数(ATI)、地面融化指数(GTI)总体上呈自西向东递减的分布,并随海拔升高而减少;大气冻结指数(AFI)和地面冻结指数(GFI)的分布规律不明显,但最大值均出现在安多站,最小值出现在不同站点。(2)近49a自然保护区AFI、GFI分别以−8.97℃·d·a^(−1)、−10.45℃·d·a^(−1)的速率显著减少,ATI、GTI则表现为显著增加趋势,增幅分别为7.05℃·d·a^(−1)和11.38℃·d·a^(−1),地面冻融指数的变化率大于大气冻融指数的变化率。与青藏高原对比,自然保护区AFI、GFI减幅小,ATI增幅接近,GTI增幅大。(3)AFI、GFI在1970s~1990s为正距平,2000s~2010s为负距平,表现为逐年代递减的变化特征;而ATI、GTI相反,呈逐年代递增的变化特征。(4)AFI、ATI、GFI、GTI分别在2001年、1993年、1999年和1998年发生了突变,ATI突变时间最早,较AFI偏早8a。(5)自然保护区冻结指数FI减少,融化指数TI增加,与平均气温、平均最低气温显著升高、降水量增加、平均风速减小密切相关,还与积雪日数、最大积雪深度的减少有关。(6)未来80a,RCP4.5排放情景下自然保护区AFI、GFI分别将减少322.8℃·d、357.6℃·d,ATI、GTI依次增加262.2℃·d、419.7℃·d;RCP8.5排放情景下,冻融指数的变化率更大。

青藏铁路高路堤下多年冻土热状态分析

对青藏铁路高路堤下多年冻土热状态监测结果进行分析研究。选取北麓河试验段3个不同高度(3.0,4.2,5.0m)的路基监测断面,对其多年冻土的地温特性进行研究。结果显示,稍高路堤的修筑有助于多年冻土上限的抬升,在经过2个冻融循环以后,试验路基下多年冻土上限抬升了0.3～0.7m,说明高路堤对多年冻土的保护起到积极作用。但是路堤的高度也不是越高越好,过高的路堤反而会造成工程效果下降,因此需要选择合理的路基高度。从分析结果也可以看出,高路堤的修筑也存在着潜在的不利方面。由于高路基的表面年平均气温要高于天然地表,路基表面的融化期较天然地表长而冻结期较天然地表短,同时路基表面的地温在融化期较天然地表高而在冻结期则与天然地表基本相当,造成路基表面融化指数大于天然地表而冻结指数要小于天然地表。高路基的另一个不利因素是路基填土在阻止暖季热量向下传导的同时也阻碍了寒季冷量向多年冻土的补给,导致多年冻土上限的抬升主要靠下部冻土的冷量消耗来维持。监测结果显示,高路基铺设后,上限以下多年冻土有明显的升温。这些将为路基的长期稳定性带来潜在的不利影响。通过对原天然地表下冻土温度变化过程的分析,得出路基对下伏冻土温度的影响范围在原天然地表下10.0m以上。

内蒙古大兴安岭生态功能区冷暖季节气候变化趋势分析

利用内蒙古大兴安岭生态功能区8个站点近30 a的日气温数据分析了该地区年冻融指数变化趋势.结果表明:该生态功能区融化指数呈显著上升趋势,冻结指数波动变化但不显著;年>0℃天数呈增加趋势,<0℃天数则减少,都未达到显著水平;暖季日平均融化指数显著上升,冷季日平均冻结指数也呈增加趋势,其中2站点达显著水平,表明该地区暖季越暖,冷季亦变冷,气候呈两极化趋势;>0℃生长季初日全部提前,其中62.5%的站点达到显著水平,多数站点生长季推后,但只有1个站点达到显著水平,表明生长季延长初日提前贡献较大.

青藏高原积雪日数与夏季降水关系

应用1961～1997年青藏高原68个站点的积雪日数资料,计算出1月积雪日数与5月积雪日数的差值并将其作为积雪融化指数,然后将这个指数与华南52个站点降水量进行相关计算,结果发现积雪融化指数与我国东南汛期降水之间存在良好的正相关性,特别是与长江中下游及华南地区的6～7月份降水量之间的正相关关系非常显著。由此判定,以高原积雪资料作为基础研究与华南汛期降水的相关性对定性预测华南降水具有很好的应用前景。

我国中高纬度地区冻融指数变化与冷暖急转现象

利用我国中高纬度地区13个国家基准气候站近30 a日平均气温数据,分析中高纬度区域年冻融指数和冻融日数的变化趋势,结果表明:①近30 a研究区融化指数(thawing index,TI)处于显著上升过程,冻结指数(freezing index,FI)呈微弱上升趋势。②融化日数的上升和冻结日数下降趋势不显著。③日平均TI呈显著上升,日平均FI则微弱下降,小于-10℃的天数呈微弱上升趋势。冷暖季节日均气温有两极化发展趋势。④研究区大于10℃累计积温显著增加,小于-10℃累计积温呈下降趋势,冷暖在向两极发展的同时,过渡期日数显著缩短,冷暖急转现象尤为明显。⑤TI各指标的波动明显小于FI,TI与纬度和海拔呈显著负相关,FI则与纬度和海拔呈正相关,海拔对TI的影响要大于FI,纬度和海拔越高,FI和冻结日数的变化越小,而对应的融化指标波动越大。整体来看,我国中高纬地区从20世纪90年代后存在增温减缓、冷暖季日均气温两极化及冷暖急转现象较为明显。

黄河源头区地面热状态及冻融特征

冻土是地层与大气通过地面长期热交换的产物,地面的热状态及其冻融过程既表征了大气和各种下垫面对其复杂的热影响,也决定了浅表层冻土热状态及其变化。本文利用黄河源头区51个监测点的地面温度计算了地面冻结和融化指数,分析了冻融过程,并探究了其分异规律。结果表明:①研究区年均地面温度变化介于-3.06~1.31℃,呈现极强的空间分异特征,区域上的分异主要受海拔、纬度、NDVI制约(P<0.001),垂直递减率约为0.7℃·(100 m)^(-1)。NDVI越大即植被条件越好,夏季地面温度越低,冬季地面温度越高。②地面冻结指数为851.9~1906.6℃·d,平均1253.3℃·d,地面冻结指数与经纬度相关性较弱,地面完全冻结天数为54~219 d,平均137.1 d;地面融化指数为388.4~1727.2℃·d,平均1039.3℃·d,地面融化指数与海拔、NDVI、纬度、经度显著负相关,完全融化天数为61~156 d,平均128.8 d。③地面起始融化时间受地形和局地因素影响较大,发生于3月中旬到5月中旬,起始冻结时间的空间异质性小于起始融化时间,主要发生于9月下旬至10月底。④融化N因子(Nt)多集中于1.2~1.5,平均为1.29±0.21;冻结N因子(Nf)主要集中在0.5~0.65,平均为0.60±0.18;基于地面融化指数计算的活动层厚度为0.99~2.72 m,平均为1.68±0.45 m。本文可为高海拔多年冻土的精准制图及其与高寒生态环境相互作用研究提供基础。

论我国金融资产的积累效应

金融与经济增长的关系是70年代以来发展理论研究的一个热点,但其内在机制至今在很大程度上还是一只"黑箱"。为此,本文试图从金融资产积累的角度,剖析金融与经济增长的关联机制,以此作为打开"黑箱"的一种尝试,并在此基础上,对我国金融资产的积累效应进行实证分析,进而提出提高我国金融资产有效积累的构想。

最佳通风高度与地温关系

通过对地温资料分析,得出结论为多年冻土区采暖房屋架空通风桩基础最佳通风高度可提高冻地上限,增大了桩基础的冻结力。在全球气温升高、多年冻地逐年退化的情况下,最佳通风高度对保护多年冻土起到了极其重要的作用。