估算冻结（融化）深度方法的比较及在中国地区的修正和应用

利用中国地区的冻土观测资料计算比较了常用冻土活动层深度估算的几种方法,并对影响估算的主要因子进行了讨论。结果表明：考虑了土壤水分变化、土壤水分相变潜热变化、积雪和植被效应的指数与实际观测值之间有较好的拟合;在采用分区插值方法对温度进行处理,并应用数字化高程、数字化植被和土壤数据的基础上,采用和观测值相关较高的Kudryavtsev指数计算、以ArcGIS为工具获取的中国地区冻土分布更为合理。     

未来50a中国地区冻土面积分布变化

在检验CMIP3模式比较计划中模式在中国地区的温度模拟效果的基础上,选取模拟效果相对较好的HadCM3、EACHE5模拟结果,采用Kudryavtsev方法,应用数字化土壤和植被资料,借助Arc-GIS,对未来50 a中国地区在A2情景下的冻土空间变化趋势进行了模拟计算. 结果表明,在A2情景下,未来50 a中国地区的冻土呈现出退缩趋势,在2050年,多年冻土在青藏高原地区的巴颜喀拉山-唐古拉山之间、冈底斯山地区出现退化,中国的冻土面积较2006年减少约10.7%.     

高寒冻土地区草甸草地生态系统的能量-水分平衡分析

为了揭示青藏高原高寒地区土壤冻融过程对地表植被大气三者之间能量水分循环的影响, 在青藏高原风火山左冒孔流域(长江源)开展了不同植被盖度条件下冻土活动层水热状态的野外观测(在30%、 60%、 90%的草甸盖度下观测分层土壤水分及温度)和相关试验. 选取考虑了积雪、植被覆盖及枯枝落叶层对土壤冻融影响的水热盐分耦合模型SHAW为动力学约束模型, 进行参数率定及其模拟计算. 结果表明: 青藏高原地气间的能量交换主要受冻土、植被生长和地表土壤含水量的影响, 并且呈明显的季节性变化;未退化高寒草甸草地对青藏高原冻土具有明显的隔热保温作用, 可以降低冻土对气候变化的响应. 在土壤活动层冻结过程期间, 土壤水分具有向表层和深层两向分流汇聚的特征, 植被覆盖变化对水分运移通量有明显影响.     

寒区植被对冻土微波辐射影响的研究

理论和实验表明,微波辐射可以用来研究冻土的特性.但当冻土的上层被植被层覆盖时,植被吸收、发射并散射微波信号,冻土的微波辐射特征就会被改变.所以,研究植被层对冻土微波辐射特征的影响,对于准确获取下层冻土的微波辐射特性及冻土的变化监测极为重要.介绍了一种基于光线跟踪原理和耦合矩阵算法的微波辐射模型,用来计算植被层的发射率,可以计算得到视场内来自不同观测角度的整体发射率,以及V和H极化的相位差.根据车载双极化微波辐射计在C,X,K,Ka等4个波段的实测数据与模拟结果的比较,分别计算出来自植被层和冻土层的辐射,从而研究寒区植被对冻土的微波辐射影响.     

IPCC AR4多模式对中国地区干旱变化的模拟及预估

使用中国地区温度、降水格点观测数据以及多模式集合平均数据,计算了帕尔默干旱指数(Palmer Drought Severity Index),评估了全球气候模式对中国地区1961—2000年干旱变化特征的模拟能力,预估了SRES A1B情景下在2011—2050年干旱的可能变化.结果表明:对于衡量干旱变化特征的干旱频率、持续时间、干旱面积等几个指标,整个中国地区区域平均的模拟值与观测值较为符合;模式能够模拟再现西北地区的干旱变化特征,模拟的干旱程度在华北地区偏弱、长江以南地区偏强.2011—2050年SRES A1B情景下,中国地区表现为持续的干旱化趋势;总体干旱面积和干旱频率持续增加,其中极度干旱的持续增加占主要作用.从EOF分析结果看,未来40a中国地区以整体干旱分布型为主.     

基于指数滤波法估算沟道根区土壤水分

为更加有效获取黄土高原沟道地形根区土壤水分信息,基于表层（0~20cm）土壤水分观测值,采用指数滤波法在样带和沟道尺度对根区（20~80cm）土壤水分进行估算。结果表明,指数滤波法能够较准确估算沟道根区土壤水分,但随着土层深度增加估算误差逐渐增大。当有根区土壤水分初始值时,估算精度明显提高,但主要集中在时间序列前期。指数滤波法关键参数特征时长T的最优值（T_opt）随土层深度增加而增大,呈现每增加20cm,T_opt值较20~40cm增加1倍的变化规律。对于根区某一土层,不同空间位置（样带）和尺度T_opt交换使用没有明显降低土壤水分估算精度,表明指数滤波法对T_opt的空间敏感性较弱。需注意黄土高原区域尺度土壤性质具有极强空间异质性,指数滤波法在更大尺度上对T_opt的敏感性需进一步深入研究。     

青藏高原土壤水热过程模拟研究(Ⅰ):土壤湿度

模拟青藏高原土壤水分和热量迁移过程的连续变化对于全球变化研究具有非常重要的意义,其准确模拟是提高陆面过程模拟精度的重要条件.利用大尺度水文模型中对冻土中水分和能量平衡过程的描述,对沱沱河站点超过一年时间的土壤湿度进行了步长为1h,总时间为399d的连续模拟.与Game Tibet项目中同一时刻的土壤湿度观测资料比较的结果表明,Fuchs方程对于描述冻土中的最大未冻水含量是有效的,利用能量平衡计算获得的土壤各层的湿度与观测值相比较,其连续变化基本合理.结果表明,用该模型对高原水热过程进行长期模拟是可行的.     

黄土高原西部土壤水分时空变化模拟研究——以安家坡流域为例

土壤水作为陆地水循环和水量平衡的一个重要组成部分,在土壤-植被-大气连续体物质与能量转化中起着重要的作用,成为陆面过程研究中的重要参量.选择黄土高原西部的安家坡流域,采用多点长序列观测方法,对该区域土壤水分的时空变化规律进行研究.结果表明:坡向和土地利用类型是小流域土壤水分变异的重要影响因素,得出了不同立地条件下土壤水分的剖面变化与时间的动态规律.在此基础上,利用土壤湿度指数结合主要影响因素预测土壤水分的时空变化,旨在为黄土高原大中尺度的土壤水分模拟提供思路.     

冻土中微裂纹尺寸的识别与确认

在对冻土微观结构试验观测的基础上,提出了对冻土中微裂纹尺寸进行识别和确认的方法,给出了3种典型土质在不同温度下的微裂纹尺寸参考值,为应用冻土强度破坏准则进行定量计算与分析提供依据。将冻土微裂纹损伤区作为冻土体的缺陷处理,并按“当量化裂纹”原则,把冻土微裂纹损伤区简化为“当量裂纹”,如此给出了理论估算微裂纹尺寸的新途径。把理论计算与试验观测结果进行比较,二者符合较好。     

青藏高原土壤水热过程模拟研究(Ⅲ):蒸发量、短波辐射与净辐射通量

模拟青藏高原土壤水分和热量迁移过程的连续变化对于全球变化研究具有非常重要的意义,其准确模拟是提高陆面过程模拟精度的重要条件.利用大尺度水文模型中对冻土中水分和能量平衡过程的描述,对沱沱河站点土壤湿度进行了步长为1 h,总时间为399 d的连续模拟.与观测资料及前人研究成果的比较表明,VIC-3L模型中对草甸的蒸发量计算较为合理,与乌鲁木齐河流域实测的草甸蒸发量取得了相当的一致;在冬季,模拟的短波辐射与观测的较为接近,在夏季,模拟值较观测值偏小;模拟计算获得的年辐射平衡值与前人的研究成果相近.     

被动微波遥感近地表土壤冻融状态数据产品对比及分析

近地表土壤冻融循环过程是陆面过程的"开关",对地表能量过程、水文过程、植被动态、温室气体交换和生态系统功能等都具有重要影响.除了依靠传统观测手段判别地表冻融,被动微波卫星遥感技术已被成熟运用于全球尺度地表冻融研究中.利用被动微波卫星遥感亮温监测地表冻融大致经历了理论基础和算法的研制、算法参数的验证和应用以及建立数据集三...     

冻土与结构接触界面层力学试验系统研制及应用

在天然冻土区或人工冻土工程中存在着大量冻土与结构物接触界面层问题,目前有关此类接触界面层力学变形性能的试验研究手段缺乏。为此,在已研制大型多功能冻土-结构接触面循环直剪系统DDJ-1基础上,改制冻土剪切盒,凸出冻土试样界面层,研发微变形测量系统,组成冻土与结构接触界面层力学试验系统。该系统不仅能实现不同边界条件下接触界面的力学特性试验,而且能测量和分析接触界面层不同位置的冻土体位移,分析研究不同冻土温度、不同结构粗糙度、不同法向荷载作用下界面层冻土体变形特性。试验结果表明,该系统能准确再现冻土与结构接触界面层的力学变形行为,可为系统开展冻土-结构接触界面层的研究提供试验基础。     

Research status and prospect of tensile strength of frozen soil北大核心CSCD

A comprehensive grasp of the research status of tensile strength of frozen soil is the basis for further research. Firstly,the typical methods that can be used to test the tensile strength of frozen soil are introduced,and the test conditions,sample forms and stress mechanism of different test methods are described in detail. The advantages and disadvantages of typical tensile strength test methods are compared and listed. Secondly,the research work and shortcomings based on different test methods are summarized. Then,the latest research progress of the influence of temperature,water content,loading（deformation）rate,soil quality and sample size on the change law of frozen soil tensile strength is comprehensively analyzed. Finally,it is proposed to develop and improve the research method and system of frozen soil tensile strength,and increase the testing research of warm frozen soil tensile strength,so as to obtain the prospect of more accurately simulating the tensile failure behavior of frozen soil. It is pointed out that the internal cause of the formation of the tensile strength and the tensile failure mechanism of frozen soil should be thoroughly revealed by combining the research methods of microstructure and digital image technology of frozen soil. Based on the multi-factor test,a more perfect prediction method of frozen soil tensile strength is explored. Meanwhile,expand the in-situ test research on the tensile strength of frozen soil,and strengthen the parallel research ideas of indoor and outdoor double tracks. Through the analysis of the research status and development trend at home and abroad,it provides reference and guidance for the experimental study of frozen soil tensile strength,the improvement of theoretical model of frost heave,geotechnical engineering design in cold regions and artificial freezing reinforcement engineering. © 2022 Science Press (China).     

冻土三轴蠕变非线性数学模型研究

采用MTS-810液压伺服材料试验机, 对人工配制的冻黏土试件进行了三轴蠕变试验, 获得了冻黏土在复杂应力状态下的蠕变曲线. 结果表明: 冻土的蠕变变形具有较强的温度敏感性, 温度越高, 这种温度敏感性越强; 相同温度下, 荷载越大, 变形越大. 运用相关理论, 推导了冻黏土在复杂应力状态下的三轴蠕变非线性数学模型, 采用MATLAB软件的数据拟合功能得到了模型方程参数的数值, 模型参数与温度之间存在密切关系, 建立了二者之间的数学表达式. 冻土三轴蠕变非线性数学模型的曲线与试验曲线拟合精度较高, 建立的数学模型可以精确体现冻土的蠕变规律, 能够为实际冻土工程的变形发展预测提供有效的理论指导.     

2012-2016年基于文献计量的全球冻土研究发展态势分析

冻土是冰冻圈的重要组成部分,其对全球变暖敏感且对工程稳定性影响显著,近年来全球科学家更多地关注这一研究领域。作为世界冻土大区的中国,对冻土学科的发展和动态尤其重视。本文基于文献计量的方法,对近五年（2012-2016）冻土学领域发表的SCI（E）/CPCI收录论文进行统计分析,得到该领域在全球的研究力量分布。同时,分别从冻土工程、冻土力学、冻土环境、冻土物理这四个方向加以区分,得到其不同机构与科学家论文发表情况。从论文产出的角度,宏观地反映了冻土科学在这五年中的发展脉络与国际影响力。这一工作可为全面了解近期该领域的研究发展动态提供数据参考。     

离子类土壤固化剂对高温冻土工程性质改良试验研究

为了研究离子类土壤固化剂对青藏高原高温冻土工程性质的改良效果,分别选用酸性和碱性离子类土壤固化剂对冻结青藏粉质黏土进行了改良测试。塑性指数测试表明,两种固化剂的最优含量为0.2%。固化剂含量小于0.3%时,冻结温度相对原状土样没有明显的下降。对不同含量碱性和酸性固化土力学性质进行了测试,无侧限单轴抗压强度相对原状土样整体增大,碱性和酸性固化土抗压强度最大分别提高了78.7%和46.6%,最优配比（0.2%）的碱性和酸性固化土体积压缩系数随养护龄期增大而减小,两种固化土的体积压缩系数相对原状土样最大分别下降了80.0%和38.5%,固化效果明显。碱性固化土力学性质变化更显著,说明其更适合对青藏黏土进行改良。