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全球气候变暖下高海拔寒区热融滑塌特征及应急防治对策
1
作者 周洁 孔祥祯 +5 位作者 景鹏旭 王传鹤 周华德 刘成君 王鑫 班超 《中国应急救援》 2026年第1期4-13,共10页
全球气候变暖导致高海拔寒区多年冻土加速退化,热融滑塌作为典型的冻土灾害,对寒区工程安全与生态环境稳定构成严重威胁。本文系统阐述了热融滑塌的形成机制、发育特征及其环境与工程影响,并探讨了综合监测技术与应急防治对策。总结得到... 全球气候变暖导致高海拔寒区多年冻土加速退化,热融滑塌作为典型的冻土灾害,对寒区工程安全与生态环境稳定构成严重威胁。本文系统阐述了热融滑塌的形成机制、发育特征及其环境与工程影响,并探讨了综合监测技术与应急防治对策。总结得到,热融滑塌发育受气候变暖、地下冰分布及人为扰动共同控制,其过程可分为冻胀、热融发展与形态稳定三个阶段,在空间上呈现集群分布、阴坡多发、海拔上移等特征。热融滑塌不仅引发边坡失稳、路基变形等工程灾害,还通过破坏碳库稳定性加剧温室气体释放,形成冻土退化与气候变暖的正反馈循环。当前,InSAR(雷达干涉测量)、高分辨率遥感等技术已实现热融滑塌的有效识别与动态监测,而防治需构建“预警—处置—恢复”一体化的应急体系,融合工程加固与生态修复手段。未来应加强智能化监测预警和生态—工程协同防治技术研发,以提升寒区灾害防控能力,保障重大工程安全与区域可持续发展。 展开更多
关键词 热融滑塌 气候变暖 高海拔寒区 多年冻土退化 应急防治
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冻融作用下黄河源玛曲段砂壤土力学性能变化
2
作者 冯筱 顿耀权 +3 位作者 屈建军 丁新辉 李萌 杨莹博 《水土保持研究》 北大核心 2026年第1期145-154,164,共11页
[目的]探究冻融作用对砂壤土力学性能的影响,阐明其在干、湿两种状态下的变化规律,为揭示砂壤土冻融风蚀和水蚀机理提供理论依据。[方法]以黄河上游玛曲段典型草地砂壤土为研究对象,通过野外采样、室内冻融模拟试验等,系统分析了不同冻... [目的]探究冻融作用对砂壤土力学性能的影响,阐明其在干、湿两种状态下的变化规律,为揭示砂壤土冻融风蚀和水蚀机理提供理论依据。[方法]以黄河上游玛曲段典型草地砂壤土为研究对象,通过野外采样、室内冻融模拟试验等,系统分析了不同冻融循环次数(0~15)以及初始含水量(8%~20%)对重塑土体经历冻融后在干、湿状态下力学性能的影响。[结果]冻融作用小幅提升了湿润土体抗剪强度和黏聚力,黏聚力在冻融次数为9时增幅最大,但降低了干土体硬度、抗剪强度和黏聚力,硬度和黏聚力在冻融次数为9时降幅最大;初始含水量越高,干土体硬度、抗剪强度和黏聚力增加越显著,但受冻融作用的削减程度也越大,湿润土体力学性能变化不明显;干、湿土体内摩擦角对冻融循环次数和初始含水量的变化均不敏感,最大变化幅度在2°以内。[结论]冻融作用削弱了干土体的力学性能,小幅提高了湿润土体的力学性能,初始含水量对干土体力学性能影响较大。 展开更多
关键词 砂壤土 冻融作用 力学性能 黄河源 初始含水量
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未来青藏高原东北部季节冻土变化趋势
3
作者 冯晓莉 刘振磊 +2 位作者 严继云 李红梅 黄赟 《干旱区研究》 北大核心 2026年第1期25-36,共12页
基于22个经过偏差降尺度校正的高分辨率多模式数据(NEX-GDDP-CMIP6),对21世纪中期(2025—2060年)和后期(2061—2100年)不同排放情景下青藏高原东北部季节冻土年最大冻结深度、冻结初始日、融化终止日的变化趋势及冻土面积变化进行预估... 基于22个经过偏差降尺度校正的高分辨率多模式数据(NEX-GDDP-CMIP6),对21世纪中期(2025—2060年)和后期(2061—2100年)不同排放情景下青藏高原东北部季节冻土年最大冻结深度、冻结初始日、融化终止日的变化趋势及冻土面积变化进行预估。结果表明,21世纪中期,不同排放情景下(SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5)年最大冻结深度将显著减小,较历史参考期减小9.8~14.9 cm。同时,三种排放情景下季节冻土冻结初始日将以1~3 d·(10a)^(-1)的速率推迟,融化终止日则以-2~-4 d·(10a)^(-1)的速率提前,融化终止日提前速率约为冻结初始日推迟速率的两倍,且排放情景越高,冻结期缩短越明显。在低排放情景下,21世纪后期季节冻土变化趋势相对平稳;21世纪后期中等排放情景下最大冻结深度和冻融期变化速率,与21世纪中期低排放情景预估结果接近;而在高排放情景下,最大冻结深度将继续大幅减小,冻结期显著缩短。从不同生态功能区来看,21世纪中、后期,低、中排放情景下东部农业区季节冻土年最大冻结深度减小最快,而在高排放情景下三江源地区季节冻土年最大冻结深度减小速率最快;三江源地区季节冻土冻结期缩短最为明显。21世纪中期,不同排放情景下季节冻土面积较参考期增加14.4×10^(4)~19.8×10^(4)km^(2);至21世纪后期,季节冻土面积进一步扩大,低、中、高排放情景下分别再增加2.2×10^(4)km^(2)、8.6×10^(4)km^(2)、12.4×10^(4)km^(2)。总体而言,未来青藏高原东北部季节冻土对气候变化响应显著,高排放情景下季节冻土最大冻结深度减小与冻结期缩短最为显著,且多年冻土向季节冻土转化加剧,而节能减排有助于减缓未来冻土的退化趋势。 展开更多
关键词 青藏高原 季节冻土 气候变化 NEX-GDDP-CMIP6
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基于无人机多源数据与机器学习协同的冻胀丘高精度识别及多尺度空间分布格局——以美仁草原为例
4
作者 尚嗣梁 陈国鹏 杨永红 《生态学报》 北大核心 2026年第1期105-121,共17页
冻胀丘是多年冻土区常见的一种冰缘地貌现象,近年来随着气候变暖趋势的加剧,冻胀丘的发育过程呈现出显著的时空异质性特征,这种变化可能对高寒草甸生态系统的结构与功能产生重要影响。快速识别冻胀丘,并进行空间分布格局分析有助于监测... 冻胀丘是多年冻土区常见的一种冰缘地貌现象,近年来随着气候变暖趋势的加剧,冻胀丘的发育过程呈现出显著的时空异质性特征,这种变化可能对高寒草甸生态系统的结构与功能产生重要影响。快速识别冻胀丘,并进行空间分布格局分析有助于监测冻胀丘的形成和发展过程,并揭示其动态机制。以甘南州美仁草原为研究对象,采用无人机获取高分辨率可见光影像(RGB)和数字归一化表面模型(Normalized Digital Surface Model,nDSM),结合面向对象的贝叶斯(Bayes)、决策树(Decision treed,DT)、K最近邻(K-nearest neighbor,KNN)、随机森林(Random forest,RF)和支持向量机(Support vector machine,SVM)分类方法进行冻胀丘的精细化识别,并分析冻胀丘的空间分布格局。结果表明:以RGB影像与nDSM为数据源,在最优分割尺度19及11项最优特征组合下,支持向量机(SVM)分类性能最优,生长季和非生长季的总体精度(OA=89.49%、90.19%)、Kappa系数(74.15%、69.73%),显著高于其他方法(KNN:OA=87.03%、88.99%;Bayes:OA=86.93%、89.94%;RF:OA=85.35%、87.61%;DT:OA=82.99%、87.60%)。基于Ripley′s L(r)函数的点格局分析表明,5种分类方法提取生长季与非生长季的冻胀丘均呈现显著聚集分布。研究提出的无人机RGB-nDSM数据融合与面向对象分类方法,可高效实现冻胀丘的精细化识别(OA>89%)及多尺度空间格局解析,为高寒草甸中冻胀丘动态监测、退化机制量化及治理策略优化提供高精度技术支撑。 展开更多
关键词 冻胀丘 Ripley′s L(r)函数 点格局 数字归一化表面模型(nDSM)
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1981—2022年陕西省最大冻土深度时空变化特征 被引量：1
5
作者 马晓华 李双双 +2 位作者 马青 高星星 李明 《陕西气象》 2025年第4期26-32,共7页
基于1981—2022年陕西省93个国家气象站历年逐月最大冻土深度资料及年平均温度资料,分析了陕西省最大冻土深度的时空分布特征,并利用相对标准差、趋势分析、低通滤波及相关分析等方法,探究气候变化对冻土的影响。结果表明:陕西冻土地貌... 基于1981—2022年陕西省93个国家气象站历年逐月最大冻土深度资料及年平均温度资料,分析了陕西省最大冻土深度的时空分布特征,并利用相对标准差、趋势分析、低通滤波及相关分析等方法,探究气候变化对冻土的影响。结果表明:陕西冻土地貌分布广泛,最大冻土深度从南向北逐渐加深。在气候变暖背景下,陕西各站土壤冻结日推迟,冻土解冻日提前。最大冻土深度月际变化特征显著,从上一年11月到当年2月,最大冻土深度50cm线南界南压,即最大冻土深度50cm冻土范围由北向南增加,3月冻土开始消融。陕西省年平均最大冻土深度呈波动下降的变化趋势,以2cm/10a的速率减小。年最大冻土深度与年平均气温和年平均地温呈负相关,随着年平均温度的升高,最大冻土深度变浅。 展开更多
关键词 冻土 最大冻土深度 气温 地温
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生物聚合物改良黄土的冻融特性试验研究 被引量：3
6
作者 武立波 崔子龙 +3 位作者 林战举 翟明政 姚如龙 刘惠阳 《冰川冻土》 2025年第2期464-476,共13页
强烈的冻融循环作用是我国西北寒区黄土路基冻融病害频繁发生的主要影响因素。目前,常用的水泥或石灰改良黄土方法存在不利于环境可持续发展的弊端,因此,探寻生态环保且经济有效的改良技术成为亟待解决的关键问题。本研究选取生物聚合... 强烈的冻融循环作用是我国西北寒区黄土路基冻融病害频繁发生的主要影响因素。目前,常用的水泥或石灰改良黄土方法存在不利于环境可持续发展的弊端,因此,探寻生态环保且经济有效的改良技术成为亟待解决的关键问题。本研究选取生物聚合物中的黄原胶、瓜尔胶对寒区黄土进行改良,并深入探究其冻融特性。通过开展室内冻融循环试验和电镜扫描试验,系统分析生物聚合物改良黄土的冻融特性及微观作用机理。研究发现:(1)黄原胶和瓜尔胶掺量分别为1.5%和2.0%时,对温度的调控效果最为显著。其中,掺加黄原胶可使冷暖峰值温差降低12.5%,瓜尔胶改良黄土在温度控制效果上略逊于黄原胶改良黄土。(2)添加黄原胶和瓜尔胶后,土体内水分迁移量明显减少。在冻融循环过程中,黄土掺加1.5%黄原胶和0.5%瓜尔胶后,水分迁移量从1.2%分别降至0.1%和0.3%,降幅达91%和75%。(3)当两种生物聚合物在黄土中的掺量均为0.5%时,对冻胀与融沉变形的控制效果最佳,此时黄原胶和瓜尔胶改良黄土的平均冻胀率相较于素黄土分别降低21.4%、14.3%,平均融沉系数分别降低40%、60%。(4)从微观层面来看,生物聚合物通过胶结、包裹土粒,有效改善了黄土的水热传递性能和微观孔隙结构。这表明在0.5%掺量条件下,黄原胶和瓜尔胶均能较为有效地抑制黄土的冻胀与融沉变形。研究成果可为我国西北寒区黄土冻融病害的防治以及黄土改良研究提供参考和借鉴。 展开更多
关键词 黄土 黄原胶 瓜尔胶 冻融循环 冻胀 融沉
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冻土-结构界面剪切性能研究进展综述
7
作者 王伯昕 王天略 +1 位作者 王清 陈慧娥 《吉林大学学报(地球科学版)》 北大核心 2025年第6期1923-1944,共22页
在寒区工程中,冻土-结构界面的剪切性能是影响设施长期服役稳定性的关键因素,而现有研究对多物理场作用下的界面损伤机制缺乏系统表征。为揭示热力学条件扰动下,各影响因素通过调整冰水相变过程,进而重塑冻土-结构界面的力学行为,本文... 在寒区工程中,冻土-结构界面的剪切性能是影响设施长期服役稳定性的关键因素,而现有研究对多物理场作用下的界面损伤机制缺乏系统表征。为揭示热力学条件扰动下,各影响因素通过调整冰水相变过程,进而重塑冻土-结构界面的力学行为,本文从试验方法、影响因素及本构模型三个方面,对冻土-结构界面剪切性能的研究进展进行了系统梳理与评述。首先通过总结直剪试验、现场原位试验及模型桩试验等方法,明确了热-水-盐-力多场耦合条件下各因素对界面力学行为的影响路径;进而分析了温度、水分、冻融循环和盐分等因素通过调控冰水相变过程对界面剪切性能的作用机制;最后,评估了现有冻土-结构界面本构模型的适用性与局限性。结果表明:温度梯度与水分迁移通过调控冰水相变过程的冰胶结强度与未冻水膜厚度改变界面剪切性能;冻融循环引发的孔隙重构与冰晶分异,导致界面强度劣化;盐分则通过改变相变温度阈值和盐结晶膨胀效应,影响界面空间构成。现有模型在冰水相变、长期冻融及多场耦合表征上存在明显不足。建议未来从“试验-观测-模型”多角度出发,结合跨尺度观测技术构建界面热-水-盐-力耦合模型,为寒区工程抗冻胀设计和灾害防控提供设计依据与研究方向。 展开更多
关键词 界面体系 剪切性能 冻土 结构界面 冰水相变 冻融循环 本构模型
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大兴安岭北部多年冻土现状及变化特征 被引量：2
8
作者 常晓丽 肖苓海 +3 位作者 金会军 李晓英 何瑞霞 余田霞 《冰川冻土》 2025年第1期126-138,共13页
冻土作为冰冻圈重要的组成部分,其存在分布及水热状态受到多种因素的影响。除了纬度、海拔等,局地因素如植被类型、积雪、土壤水分等也在很大程度上影响冻土的变化。特别是位于欧亚大陆多年冻土南缘的兴安-贝加尔型多年冻土,其发育、保... 冻土作为冰冻圈重要的组成部分,其存在分布及水热状态受到多种因素的影响。除了纬度、海拔等,局地因素如植被类型、积雪、土壤水分等也在很大程度上影响冻土的变化。特别是位于欧亚大陆多年冻土南缘的兴安-贝加尔型多年冻土,其发育、保存和分布等状态特征与局地因素密不可分。本文结合40多个钻孔资料和现有研究成果,分析得出目前大兴安岭多年冻土温度和厚度总体上受纬度影响,由南往北随年平均气温降低,冻土温度由0℃降到-2.83℃,但局地因素的影响可使地温最低达-3.6℃;厚度范围为29~130 m,其中地温低、厚度大的多年冻土主要发育在谷底的塔头灌丛湿地区域。满归、根河、伊图里河、新林等地的监测数据表明,自2009年开始,大部分钻孔温度显示该区活动层减薄,浅层多年冻土地温降低,融区最大冻结深度加深,而深层多年冻土却呈升温趋势,零地温变化率位置则各不相同,推测这种情况与全球变暖间隙以及植被、积雪和人类活动等局地因素有关。本研究对理解高纬度多年冻土区的地温变化过程以及这些变化的驱动因素具有重要的科学价值,也会对区域经济可持续发展及应对冻土退化带来的问题起到积极作用。 展开更多
关键词 冻土退化 冻土温度 活动层减薄 零地温变化率 大兴安岭
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基于博弈论和可拓云理论的山地多年冻土环境评价——以祁连山地区柴木铁路沿线为例
9
作者 丑亚玲 徐佳伟 +3 位作者 叶怡宁 张亚宾 刘浩 周凤玺 《冰川冻土》 2025年第5期1387-1400,共14页
山地多年冻土分布碎、厚度薄,对气候变化敏感,受局地环境影响大。针对当前山地多年冻土环境评价研究中评价指标不确定性、分类等级边界信息存在随机性和模糊性等关键问题,提出了基于博弈论和可拓云理论的多年冻土环境综合评价数学模型... 山地多年冻土分布碎、厚度薄,对气候变化敏感,受局地环境影响大。针对当前山地多年冻土环境评价研究中评价指标不确定性、分类等级边界信息存在随机性和模糊性等关键问题,提出了基于博弈论和可拓云理论的多年冻土环境综合评价数学模型。该模型从山地多年冻土的热稳定性、侵蚀敏感性和生态脆弱性等本质特征出发,系统构建了包含3个准则层和12个具体指标的多层次评价指标体系。在权重确定方面,采用博弈论综合赋权法,通过纳什均衡原理将决策实验室分析(DEMATEL)法确定的主观权重与熵值法计算的客观权重进行最优组合,有效解决了传统评价中主客观权重分配不合理的问题。在评价方法上,充分利用可拓云模型在处理不确定性问题和模糊边界问题上的独特优势,通过计算待评物元与标准云之间的云隶属度函数,获得综合评价向量,并依据最大隶属度原则确定最终评价等级。为验证模型的可靠性与有效性,选取祁连山地区柴木铁路DK101+500~DK102+400段沿线典型山地多年冻土区作为案例研究对象,评价结果显示该区域冻土环境质量期望值Ex为3.811,对应IV级(较好)状态,年平均地温(C12)、体积含冰量(C13)、多年冻土厚度(C14)等指标在铁路建设运营扰动及工程修复措施未完全补偿热收支失衡的影响下评价等级为III级(中等),表明该地区多年冻土已出现退化迹象,该评价结果与实际情况相符合。研究成果不仅为山地多年冻土环境评价提供了新的思路与方法,也为寒区工程建设和生态保护提供了科学决策依据。 展开更多
关键词 山地多年冻土 环境评价 博弈论 可拓云 DEMATEL法 柴木铁路
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漠河地区冻结粉质黏土强度及其影响因素研究
10
作者 戚春香 马佳荟 +2 位作者 路维龙 张凯强 赵中涛 《中国民航大学学报》 2025年第2期45-51,共7页
多年冻土受温度及冻融循环作用影响显著,为了探究其力学特性,本文以漠河地区冻土为研究对象,开展了不同含水率及冻融循环次数条件下的冻土直剪试验以及不同温度、含水率、围压、加载频率和冻融循环次数条件下的冻土动三轴试验,以分析不... 多年冻土受温度及冻融循环作用影响显著,为了探究其力学特性,本文以漠河地区冻土为研究对象,开展了不同含水率及冻融循环次数条件下的冻土直剪试验以及不同温度、含水率、围压、加载频率和冻融循环次数条件下的冻土动三轴试验,以分析不同影响因素下冻土的抗剪特性和动力性能。试验结果表明:冻土试样剪应力-剪切位移曲线为应变软化型;冻土试样随含水率和冻融循环次数增加,抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均出现不同程度的降低;冻土试样的动弹性模量在试验内的变化范围为210~800 MPa,与含水率、冻融循环次数、加载频率呈正相关关系,与温度和围压条件呈负相关关系,并随含水率的变化最为显著。同时,根据试验结果得出基于各影响因素的冻土动弹性模量计算公式。以上研究成果可为漠河地区开展机场建设等工程项目提供冻土力学特性参考数据。 展开更多
关键词 多年冻土 抗剪强度 动弹性模量 冻融循环 含水率
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粉质黏土单向冻结裂隙结构几何特征试验研究
11
作者 王英梅 尹娜 +3 位作者 王宇璐 马旭 张鹏 吴青柏 《冰川冻土》 2025年第5期1266-1277,共12页
冻土冻胀效应是青藏高原寒区工程安全面临的主要问题,而冻土中裂隙结构是冻胀效应的直接表现形式。本研究通过对粉质黏土进行单向冻结试验,并结合试验过程中的数据图像,分析试样在单向冻结过程中冻结裂隙发育规律。试验结果表明,在不同... 冻土冻胀效应是青藏高原寒区工程安全面临的主要问题,而冻土中裂隙结构是冻胀效应的直接表现形式。本研究通过对粉质黏土进行单向冻结试验,并结合试验过程中的数据图像,分析试样在单向冻结过程中冻结裂隙发育规律。试验结果表明,在不同工况下,土体冷生构造高度稳定在6~11 cm之间,缓慢冻结时(降温速率为1℃·h^(-1)),冻结裂隙的冷生构造高度与温度梯度成正比。冷端温度与降温速率共同影响冻土裂隙的形成,在较低降温速率下,冻结终温越低,裂隙面积占比越大,而在快速冻结条件下,极低温可能导致裂隙形成受限,甚至出现裂缝闭合趋势。冻结裂隙的宽度在冻结过程中在1~2 mm间波动,裂隙长度不稳定,波动较大。含盐试样在冻结过程中会在冷端形成一层冰壳,导致冰透镜体两侧盐浓度升高,造成导热系数降低,冻结锋面向前推动困难,无法形成薄层状构造带和最暖端厚层状构造带,只存在微薄层状构造带。含盐试样中裂隙并非严格沿水平方向发育,而是与水平向呈一定倾斜角度发育,且大部分裂隙的方位角为120°~180°,更接近于水平方向,表现出明显的方向性特征。研究结论从冻结裂隙结构的几何特征方面,为青藏高原冻土区的工程应用及安全保障研究提供实测规律参考。 展开更多
关键词 单向冻结 降温速率 粉质黏土 冷生构造 冻胀特性
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1971-2019年黑龙江省冻融指数和冻土分布时空变化研究 被引量：3
12
作者 宋成杰 周彦章 +1 位作者 戴长雷 涂维铭 《中国农村水利水电》 北大核心 2025年第4期192-200,共9页
黑龙江省是我国高纬度多年冻土的主要分布区,在气候变暖的趋势下,多年冻土退化严重,引起的水文、生态和环境等问题成为相关科学研究关注的焦点。基于黑龙江省34个气象站1971-2019a的气温和地表温度数据,采用冻融指数和地面冻结数模型,... 黑龙江省是我国高纬度多年冻土的主要分布区,在气候变暖的趋势下,多年冻土退化严重,引起的水文、生态和环境等问题成为相关科学研究关注的焦点。基于黑龙江省34个气象站1971-2019a的气温和地表温度数据,采用冻融指数和地面冻结数模型,结合趋势拟合和局部薄盘光滑样条函数插值法等,研究了黑龙江省年平均气温、年平均地表温度和冻融指数的时空变化,冻土分布特征及其影响因素。结果表明:黑龙江省多年平均气温和地表温度变化范围分别为-8.64~5.60℃和-6.52~7.58℃,空间分布上随纬度和海拔呈带状分布,年平均气温和地表温度年际升温速率趋于一致,分别为0.34和0.33℃/10 a。从1971-2019年,大气冻结指数和地面冻结指数分别以-5.07和-5.04℃·d/a的速度下降,大气融化指数和地面融化指数分别以7.63和11.89℃·d/a的速度上升。大气/地面冻融指数的空间分布上均呈现出纬向趋势,但是在北部山区海拔的影响大于纬度。多年冻土主要分布在北部的大、小兴安岭,零星分布在中部山区,1970-2010s多年冻土的南界向北移动约2°左右,多年冻土的总面积从1970s的11.1万km^(2)缩减为2010s的6.53万km^(2),冻土分布与气温、地表温度和气温冻结指数的相关性最大,其空间分布与纬度和海拔有较强的相关性。研究结果对分析黑龙江省以及整个东北地区高纬度多年冻土退化的趋势具有重要意义,也可为冻土区自然冷资源开发、生态保护和工程建设等提供参考。 展开更多
关键词 黑龙江省 冻融指数 多年冻土 时空分布 冻土退化
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青藏高原2003—2022年土壤冻融时空变化及驱动因子定量分析 被引量：2
13
作者 张晓龙 赵尚民 李姝贞 《地球信息科学学报》 北大核心 2025年第3期716-731,共16页
【目的】土壤冻融过程是青藏高原生态系统和气候变化的敏感指示因子,研究其时空变化特征对揭示该地区气候变化及其生态响应具有重要意义。【方法】本文基于2003—2022年的ERA5-LAND地表温度数据,通过Theil-Sen斜率估计法和Mann-Kendall... 【目的】土壤冻融过程是青藏高原生态系统和气候变化的敏感指示因子,研究其时空变化特征对揭示该地区气候变化及其生态响应具有重要意义。【方法】本文基于2003—2022年的ERA5-LAND地表温度数据,通过Theil-Sen斜率估计法和Mann-Kendall检验法分析了土壤冻结起始时间、冻结结束时间、冻结持续时间和冻结天数在青藏高原的时空变化特征,并结合地理探测器分析冻融参数空间分异的主导因素,最后使用相关性分析法分析冻融参数与主要驱动因子的相关性。【结果】(1)青藏高原土壤冻融过程整体呈现出冻结起始时间由西北向东南推迟的趋势,冻结结束时间、冻结持续时间和冻结天数与此相反,冻结天数显著缩短区域像元面积占比为74.05%;(2)土壤冻融4种参数在不同区域随时间变化显著,多年冻土区冻结起始时间和冻结天数变化速率最快,分别推迟12.7 d和缩短20.4 d;(3)气温是青藏高原区冻结天数空间分异的主导因子,降水和NDVI也有重要作用,任意两种因子交互作用均大于单一因子作用,以气温与其他因子在不同区域的解释力最为显著;(4)在青藏高原区4种参数与气温变化显著相关,与降水和NDVI没有呈现明显相关性;不同海拔下4种参数呈现明显梯度差异,随海拔升高,冻结起始时间提前,结束时间推迟,持续时间和冻结天数延长。【结论】研究结果为进一步理解土壤冻融过程与气候变化的关系提供了数据支撑,并为青藏高原地区的生态环境变化监测及预测提供理论依据。 展开更多
关键词 土壤冻融 时空变化 多年冻土 驱动因子 青藏高原 地理探测器 气温
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大兴安岭北部多年冻土区主要交通基础工程冻融灾害考察研究进展(Ⅰ):融沉灾害 被引量：4
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作者 王文辉 车富强 +16 位作者 金会军 李善珍 唐建军 李向龙 翟金榜 张泽 黄帅 薛广垠 陈思宇 王永平 肖子旺 金晓颖 杨雪 周刚义 陈敦 李国玉 李安原 《冰川冻土》 2025年第2期354-371,共18页
作为东北多年冻土典型区,在气候变化和人类活动的共同影响下,大兴安岭山区多年冻土广泛快速退化,并导致了冻融灾害的频发。为系统地掌握该区工程融沉灾害分布及冻土退化情况,我们采用电阻率层析成像(electrical resistivity tomography,... 作为东北多年冻土典型区,在气候变化和人类活动的共同影响下,大兴安岭山区多年冻土广泛快速退化,并导致了冻融灾害的频发。为系统地掌握该区工程融沉灾害分布及冻土退化情况,我们采用电阻率层析成像(electrical resistivity tomography,ERT)、浅层测温(0~2 m)和无人机航测等方法于2023年8—9月开展了大兴安岭多年冻土区融沉灾害调查。结果表明,沥青路面下融沉长度和融沉量最大且以路基融沉(包含路基倾斜和波浪路面)为主;混凝土路面以长大深纵裂为主,而林区铁路和中俄原油管道(China-Russia Crude Oil Pipelines,CRCOPs)以管基和施工运营作业带(right-of-way,或ROW)融沉和热喀斯特为主。融沉灾害地理分异特征明显:融沉灾害多发现于地势平坦且冻土保存条件较好的位置,融沉灾害的年平均地温与坡度呈正相关关系,且破坏长度与坡度呈负相关关系。阳坡的融沉灾害平均破坏长度大于阴坡破坏长度。低纬度的融沉灾害平均破坏长度大于高纬度破坏长度。年平均地温较低的草甸土和森林土的融沉灾害平均破坏长度大于年平均地温较高的暗棕壤融沉灾害的破坏长度。融沉灾害对交通工程设施地基基础的安全运营造成了威胁:CRCOPs I和II线(漠河-大庆段)对多年冻土的热影响范围在水平方向大于伴行公路(如G111部分路段)的相应范围,垂直(深度)方向两者热影响范围相似。初步分析表明,交通基础设施施工运行以及局部微地形地貌(如阴阳坡和坡脚积水积雪)分异是融沉灾害的重要诱发因素。野外实践表明,探针式数字温度仪是开展浅层地温测量的实用工具,具有测量快速、操作便捷、经济高效等显著优势。但是,本次调查研究存在着覆盖范围、冻融灾害类型不够全面和相关监测内容不够细致全面、时间序列较短等问题。研究成果可为东北冻融灾害的监测和治理提供基础数据,同时为东北多年冻土区工程建设和后期维护提供多要素数据。 展开更多
关键词 大兴安岭 冻土退化 冻融灾害 电阻率层析成像(ERT) 无人机(UAV)
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北疆阿尔泰山地区融雪期季节冻土冻融状态研究 被引量：3
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作者 张晓慧 汤萃文 +3 位作者 张伟 沈永平 贺斌 毛炜峄 《冰川冻土》 2025年第1期71-84,共14页
积雪是北疆地区季节冻土冻融循环的主要控制因素,季节冻土又通过改变浅层土壤的冻融相态来影响积雪融水的下渗,但该地区消融季浅层土壤的冻融状态并不清楚,致使难以从机理层面准确评估积雪和冻土协同对土壤水分的调节作用。为此,本研究... 积雪是北疆地区季节冻土冻融循环的主要控制因素,季节冻土又通过改变浅层土壤的冻融相态来影响积雪融水的下渗,但该地区消融季浅层土壤的冻融状态并不清楚,致使难以从机理层面准确评估积雪和冻土协同对土壤水分的调节作用。为此,本研究基于1961—2011年阿尔泰山地区6个气象站点的积雪与冻土地面监测数据,应用高斯模型和玻尔兹曼模型进行分析,在划分多雪年、少雪年和正常年的基础上,分析了北疆地区积雪和季节冻土的基本特征,详细探讨了消融期浅层土壤的冻融状态。结果表明,该地区各站点的多年平均积雪持续期为123.2 d,多年平均最大雪深为29.7 cm;季节冻土多年平均冻结期为150.9 d,平均最大冻结深度为120.3 cm。总体上,积雪呈现增加趋势,主要表现为雪深的增加;而冻土则呈现退化趋势,主要体现在冻结期缩短和最大冻结深度减少。不同类型积雪年冻土融化结束时间和积雪消融结束时间的对比分析显示,70%的多雪年和60.5%的正常年冻土融化结束时间分别比积雪消融结束时间早8.2 d和5.5 d;而少雪年冻土融化结束时间则比积雪消融结束时间晚13.2 d。总体上,所有站点的结果表明,随着积雪的增加,消融期季节冻土处于融化状态的概率也将显著增加,积雪融水对土壤水分的补给能力增强,这将导致积雪融水在土壤中的滞留时间延长,积雪-冻土的这种协同机制将显著影响积雪融水的入渗并改变积雪水文的产汇流过程,使更多的积雪融水补给土壤,并加强融雪水与地下水的交换,有利于干旱区积雪融水的有效利用。 展开更多
关键词 北疆阿尔泰山 积雪融水 季节冻土 冻融状态 土壤水分
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基于改进水热耦合模型的冻土边坡稳定性数值模拟 被引量：7
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作者 韩炳鑫 尹超 +2 位作者 袁维 王文 王伟 《冰川冻土》 2025年第2期417-429,共13页
冻融作用下边坡的失稳垮塌是冻土区工程建设的重要病害。为探讨和分析西南地区季节冻土区边坡失稳的成因和稳定性变化规律,本文以巴塘地区季节冻土区边坡为研究对象,采用理论分析、数值模拟和室内试验相结合的研究方案,在冻土水热耦合... 冻融作用下边坡的失稳垮塌是冻土区工程建设的重要病害。为探讨和分析西南地区季节冻土区边坡失稳的成因和稳定性变化规律,本文以巴塘地区季节冻土区边坡为研究对象,采用理论分析、数值模拟和室内试验相结合的研究方案,在冻土水热耦合模型中采用考虑未冻水和孔隙冰赋存状态的负温区渗透系数模型。通过直剪试验,进一步得到了边坡重塑土的抗剪强度参数变化规律。基于冻土水热耦合效应,采用COMSOL有限元软件进行二次开发,将边坡坡高设为10 m,坡比为1∶1.5,坡顶和坡底分别向两侧延伸50 m和60 m,坡底向下延伸10 m,建立边坡稳定性计算模型,分析土体冻融过程中由于抗剪强度参数变化而引起的边坡温度场、渗流场变化规律及边坡失稳垮塌机理。结果表明,通过与一维土柱试验值对比,渗透系数经修正后的水热模型计算值相较实际值误差更小,验证了模型的准确性。距边坡表面1 m深度内温度变化幅度很大,1—3月气温持续较低且边坡内部深处温度相对较高,随深度增大土体温度单调升高;4—9月边坡表层升温比边坡内部快,内部深层土体保持相对较高的温度,随深度增大坡体温度呈先降低后升高的趋势;10—12月表层温度下降速度比内部快,且边坡深处温度相对稳定,随深度增大坡体温度呈先升高后降低的趋势。纵向深度超过2.5 m的土体渗流场变化很小,11月至次年3月,边坡表层先开始冻结,含水量下降,但内部水分迁移能力有限,迁移到冻结界面的水量少,随着边坡深度增大含水量呈先减后增的趋势;4—6月,融化期边坡表面以下浅层土体融化,含水量随深度增大整体减少;7—10月,随着边坡深度增大含水量呈先增后减的趋势。3月边坡土体含水量随深度变化得最剧烈,由于边坡表层土体融化后,表层以下仍处于冻结状态,此时冻结层以上水分无法及时排出,边坡稳定性最低,安全系数仅为1.59。因此,季节冻土边坡失稳垮塌的机理为:融化期边坡冻融交界面以下土体处于冻结状态,而边坡表层水分无法及时下渗排出以至于达到过饱和状态,导致冻融交界面土体摩擦力降低,从而导致滑塌。通过考虑土体强度参数动态改变计算边坡的稳定性,受冻土融化、雪水入渗的影响,冻融交界面土体强度衰减最剧烈,滑塌主要发生在坡面下1.2 m以内,属于浅层滑坡,滑动面为相对平直的弧形,失稳模式主要为滑塌失稳。研究结果可为西南地区边坡的设计与灾害防治提供一定参考,特别是在季节冻土区的工程建设中具有重要的实际意义。 展开更多
关键词 冻土 水热耦合 失稳垮塌 边坡稳定性
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基于CMIP6模式的未来气候情景下北半球多年冻土动态 被引量：2
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作者 田齐萱 刘建朝 +7 位作者 曾凡超 杨茗 汤钦荣 郑洁 左云江 王楠楠 尧晓晨 宋艳宇 《应用生态学报》 北大核心 2025年第5期1496-1506,共11页
全球变暖对北半球多年冻土的影响日益显著,多年冻土退化是现代冰冻圈中与气候变化相关的最紧迫问题之一。本研究基于15种不同地球系统模式(ACCESS-CM2、ACCESS-ESM1-5、BCC-CSM2-MR、CanESM5、CESM2、CESM2-WACCM、EC-Earth3、FGOALS-f... 全球变暖对北半球多年冻土的影响日益显著,多年冻土退化是现代冰冻圈中与气候变化相关的最紧迫问题之一。本研究基于15种不同地球系统模式(ACCESS-CM2、ACCESS-ESM1-5、BCC-CSM2-MR、CanESM5、CESM2、CESM2-WACCM、EC-Earth3、FGOALS-f3-L、IPSL-CM6A-LR、MIROC6、MPI-ESM1-2-HR、MPI-ESM1-2-LR、MRI-ESM2-0、NorESM2-LM、NorESM2-MM)的CMIP6土壤温度数据,分析了未来不同排放情境(SSP126、SSP245、SSP370和SSP585)下北半球多年冻土面积和活动层厚度(ALT)的时空格局,重点解析了影响ALT变化的主要环境驱动因子。结果表明:各地球系统模式(ESM)对ALT的模拟能力差异显著。基于性能最优的4个ESM(MPI-ESM1-2-LR、ACCESS-ESM1-5、MPI-ESM1-2-HR和BCC-CSM2-MR)分析发现,2015—2100年间,高排放情境(SSP370、SSP585)下多年冻土面积减少速率显著加快,SSP585情境下冻土面积消退速率为SSP126情境的8倍;SSP126情境下多年冻土面积增加,SSP245、SSP370和SSP585情境下则持续减少。ALT在未来所有情境下均显著增加,最高排放情境SSP585的年增速是最低排放情景SSP126的22倍。每年冻土融化结束时间将逐渐从9月推移至11月,导致冻土融化持续时间逐渐增加。作为关键影响因素,空气温度、空气湿度、植被叶面积指数、积雪和风速在研究区大部分区域对冻土退化表现为明显正效应,土壤水分表现为负效应。未来通过控制温室气体排放,可以明显延缓冻土退化过程,降低北半球多年冻土面临的快速消融风险。 展开更多
关键词 CMIP6 多年冻土 活动层厚度 气候变化 冻土退化
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冻融循环条件下MICP技术自修复能力研究 被引量：2
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作者 康博 查甫生 李杰 《工程地质学报》 北大核心 2025年第4期1271-1279,共9页
微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术可有效固化重金属污染土,复杂的外界环境会影响固化土的耐久性。本文通过开展无侧限抗压强度试验与细菌活性试验,重点研究了冻融循环作用对MICP固化铅污染土强度特性及自修复能力的影响,揭示了强度与自... 微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术可有效固化重金属污染土,复杂的外界环境会影响固化土的耐久性。本文通过开展无侧限抗压强度试验与细菌活性试验,重点研究了冻融循环作用对MICP固化铅污染土强度特性及自修复能力的影响,揭示了强度与自修复能力之间的关系及微观作用机理。试验结果表明:随着冻融循环次数的增加,土体的高度与直径有所增大,但未产生裂隙,土体的无侧限抗压强度逐渐降低并趋于稳定;10次冻融循环作用后,巴氏芽孢杆菌仍具有一定的自修复能力,可继续固化土体,但活性较低。冻融循环过程中,巴氏芽孢杆菌可通过自修复再次产生碳酸钙沉淀,弥补一部分的强度损失,使得土体的无侧限抗压强度损失率较小。 展开更多
关键词 重金属污染土 微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP) 冻融循环 自修复 强度特性
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多年冻土区热喀斯特湖水—热—碳循环过程研究进展 被引量：1
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作者 陈梦佳 白炜 +2 位作者 张成铭 刘文艳 高泽永 《地球科学进展》 北大核心 2025年第1期82-98,共17页
热喀斯特湖作为多年冻土响应气候变暖最显著的冰冻圈地貌之一,其形成演化过程深刻影响着生态环境变化、区域水文循环及生物地球化学过程,并危害冻土工程稳定性。通过综述北半球多年冻土区热喀斯特湖形成演化、水文循环、热量迁移及生态... 热喀斯特湖作为多年冻土响应气候变暖最显著的冰冻圈地貌之一,其形成演化过程深刻影响着生态环境变化、区域水文循环及生物地球化学过程,并危害冻土工程稳定性。通过综述北半球多年冻土区热喀斯特湖形成演化、水文循环、热量迁移及生态环境效应和工程影响的研究进展,发现在环北极不连续多年冻土区,多数区域的湖塘面积呈减少趋势;在连续多年冻土区,湖塘面积的增加和减少均有发生,而青藏高原区域气候暖湿化导致热喀斯特湖快速形成和扩张。同时,热喀斯特湖演化耦合水文循环过程及产生的热效应会改变周围土壤理化性质,影响高寒生态系统的水热过程,并降低毗邻冻土工程的稳定性。热喀斯特湖发育加速多年冻土碳库分解,释放CO_(2)、CH_(4)和N_(2)O等温室气体,并反馈于气候变化系统。目前,热喀斯特湖“水—热—碳”循环过程及环境效应是国际冻土研究的热点议题之一。未来需综合考虑人类活动及气候变化的协同作用,并基于热喀斯特湖水—热—碳循环耦合过程,发展高精度陆面过程模型,研究变化环境下多年冻土区生态环境演替、水资源变化及碳循环等问题,推动冰冻圈科学发展。 展开更多
关键词 北半球 热喀斯特湖 多年冻土 碳循环 气候变化
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考虑蠕变特性的多冷媒非均质人工冻结壁黏弹性分析 被引量：1
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作者 梁秀玲 王彬 +2 位作者 张子浩 杨炳瑶 吴嘉骏 《冰川冻土》 2025年第1期163-178,共16页
为构建适用于富水地层多圈管冻结的非均质人工冻结壁力学模型以及合理分析该类冻结壁的安全性与稳定性,需研究考虑多冷媒非均质人工冻结壁在黏弹性状态下的受力和变形特性。选取距离冻结温度场主面1/4管距处的特征截面,将“盐水-二氧化... 为构建适用于富水地层多圈管冻结的非均质人工冻结壁力学模型以及合理分析该类冻结壁的安全性与稳定性,需研究考虑多冷媒非均质人工冻结壁在黏弹性状态下的受力和变形特性。选取距离冻结温度场主面1/4管距处的特征截面,将“盐水-二氧化碳”联合冻结的非均质冻结壁温度场等效为“三段一次函数”分布。考虑冻结壁内部土体在挖掘过程中的卸载效应,以及冻结壁与周边未冻结土体之间的相互影响,基于黏弹性理论、Mises型增量法则以及Newton Cotes数值积分技术,推导出非均质冻结壁的应力、应变和位移计算公式,并将该公式的计算结果与均质冻结壁的计算结果进行对比分析。分析结果表明:在本算例中,冻结壁卸载初期到井壁完成施工的36 h内,非均质与均质冻结壁的径向位移和应变由内到外均呈现非线性衰减趋势,最大位移、应变发生在冻结壁的内侧;随着时间的推移,冻结壁的井帮位移和外壁位移随着蠕变时间的增加而增加,但增长速率逐渐减小,进入稳态蠕变阶段;考虑蠕变特性及其卸载效应,作用在冻结壁上的外荷载小于土体的初始水平应力,而且,外荷载随着空帮时间的增大而减小,最终趋于稳定;对应相同的时刻和埋深,非均质冻结壁所承受的外荷载大于均质冻结壁,而非均质冻结壁的应变和位移小于均质冻结壁。该研究成果可为富水地层多冷媒联合冻结帷幕的设计提供重要的理论依据和参考。 展开更多
关键词 人工地层冻结 非均质冻结壁 多冷媒联合冻结 开挖卸载 黏弹性 蠕变
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