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青藏高原热喀斯特湖演化及其对多年冻土的热影响模型计算研究

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冰川冻土 2022年第2期44卷 355-365页

作者：尹国安牛富俊林战举罗京刘明浩中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000

青藏高原热喀斯特湖分布广泛,近年来在气候变暖背景下快速发展。热喀斯特湖的形成和发展与地下冰含量及气候变化有着密切关系,强烈影响多年冻土的热稳定性。为了更深入理解在气候变暖背景下热喀斯特湖的发展及其对下伏多年冻土的影响,... 详细信息

青藏高原热喀斯特湖分布广泛,近年来在气候变暖背景下快速发展。热喀斯特湖的形成和发展与地下冰含量及气候变化有着密切关系,强烈影响多年冻土的热稳定性。为了更深入理解在气候变暖背景下热喀斯特湖的发展及其对下伏多年冻土的影响,以青藏高原北麓河地区一个典型热喀斯特湖的长期监测数据为资料,发展了耦合大气—湖塘—冻土三个过程要素的一维热传导模型,模拟了四种不同深度热喀斯特湖在气候变暖背景下的发展规律及其对多年冻土的热影响。结果表明:浅湖(冻土影响较小;较深湖塘(≥1.0m)冬季不能回冻至湖底,湖深不断增加,且底部在50年内将会形成不同深度的融区。随着气候变暖,热喀斯特湖的热效应显著,深度快速增加,较深湖塘的最大湖冰厚度减小,底部多年冻土快速融化形成开放融区。研究将有助于理解气候变化对青藏高原多年冻土区地貌演化及水文过程的影响。

关键词：气候变化湖冰融区地温数值模型青藏高原热喀斯特湖

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青藏高原多年冻土区热融滑塌发育特征及规律

冰川冻土 2022年第1期44卷 96-105页

作者：罗京牛富俊林战举刘明浩尹国安高泽永中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000

在全球气候变暖和高原多年冻土持续退化的背景下,青藏高原多年冻土区热融滑塌现象普遍发育,其形成不仅影响区域生态环境,还可能威胁工程构筑物的稳定性。本文在多年野外调查工作的基础上,结合遥感及历史气象资料对青藏高原多年冻土区热... 详细信息

在全球气候变暖和高原多年冻土持续退化的背景下,青藏高原多年冻土区热融滑塌现象普遍发育,其形成不仅影响区域生态环境,还可能威胁工程构筑物的稳定性。本文在多年野外调查工作的基础上,结合遥感及历史气象资料对青藏高原多年冻土区热融滑塌的诱发因素、分布特征及演化过程进行了分析。结果表明:冻土活动层滑脱的发生是诱发青藏高原多年冻土区热融滑塌的主要因素,其次为工程扰动和湖水的热侵蚀;活动层滑脱型热融滑塌的发育过程主要包括冻土活动层滑脱的发生、后缘坍塌后退及坡面泥流的形成等三个阶段,热融滑塌形成以后其溯源侵蚀过程将持续数年甚至十几年直到后缘位置地下冰含量明显减少或者消失为止;在空间分布方面,热融滑塌更倾向于分布在坡度较为平缓(3°~8°)的丘陵山地及山麓区域的阴坡一侧;近年来青藏高原多年冻土区热融滑塌呈剧烈增多的趋势,且这种骤增现象主要发生在有极端气温出现的特殊年份,并不是均匀的分布在每一年。研究成果对未来青藏高原工程规划、资源开发及环境协调发展具有重要的指导意义。

关键词：青藏高原热融滑塌冻土活动层滑脱多年冻土

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冻土长期强度衰减特征及屈服准则

冰川冻土 2022年

作者：申明德周志伟马巍中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室中国科学院大学

冻土作为一种强流变土工材料，其强度衰减特性是路基工程、桩基工程和人工冻结法施工中病害或失稳的重要诱因，但一直以来缺乏对复杂应力状态下冻土强度包络面衰减特性的实验和理论研究。基于不同围压下冻结路基土强度点处的应力松弛试...

冻土作为一种强流变土工材料，其强度衰减特性是路基工程、桩基工程和人工冻结法施工中病害或失稳的重要诱因，但一直以来缺乏对复杂应力状态下冻土强度包络面衰减特性的实验和理论研究。基于不同围压下冻结路基土强度点处的应力松弛试验，系统地研究了复杂应力状态对冻土强度衰减过程的影响规律，试验确定了p-q应力空间内冻结路基土强度包络面的率相关变化特征，揭示了复杂应力状态下黏聚力和内摩擦角在应力松弛过程中的衰减、退化规律及其机理，最后建立了考虑应力松弛效应的冻土率相关强度理论。

关键词：

基于GEE的面向对象茶园提取——以我国南方亚热带季风地区典型丘陵山区双江县为例

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草业科学 2024年

作者：唐雪洁魏彦强罗栋梁王鹏龙王宝高峰中国科学院西北生态环境资源研究院兰州文献情报中心中国科学院西北生态环境资源研究院甘肃省遥感重点实验室中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室中国科学院大学

科学了解茶园的空间分布对于保护生态环境和维持农业经济可持续发展意义重大。基于Google Earth Engine（GEE）计算平台，以我国南方亚热带季风地区典型丘陵山区双江县为例，利用Sentinel-2遥感影像数据构建光谱、植被指数、纹理和地形... 详细信息

科学了解茶园的空间分布对于保护生态环境和维持农业经济可持续发展意义重大。基于Google Earth Engine（GEE）计算平台，以我国南方亚热带季风地区典型丘陵山区双江县为例，利用Sentinel-2遥感影像数据构建光谱、植被指数、纹理和地形特征集，结合简单非迭代聚类算法（Simple Non-Iterative Clustering，SNIC）和机器学习算法（随机森林（Random Forest，RF）、支持向量机（Support Vector Machine，SVM））实现面向对象的茶园提取，并与基于像元的提取方法进行精度对比。结果表明，相较于基于像元法，面向对象法在茶园提取上表现出更好的效果和更高的精度；无论是基于像元还是面向对象的茶园提取，RF算法都比SVM算法更具优势；面向对象的RF方法的茶园提取精度最佳，总体精度为94.9%，茶园的生产者精度和用户精度分别为86.5%和84.2%，证明面向对象法和RF算法在茶园遥感监测和提取方面具有较好的应用优势和潜力。该研究结果可为类似地区茶园识别提供参考，为当地茶树种植和管理提供决策支撑。

关键词： Google Earth Engine 茶园提取面向对象简单非迭代聚类随机森林支持向量机

基于EOF的1951-2020年东亚季风区降水特征及其对夏季风不同配置的响应研究

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高原气象 2024年

作者：马章怀王一博高泽永兰州大学资源环境学院中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室

东亚季风区夏季降水受季风影响显著，不同季风配置通过影响区域水汽输送，在东亚季风区形成不同的降水格局，降水格局的变化容易引起旱涝灾害的发生。本文基于经验正交函数（EOF）分析，利用全球降水气候中心（GPCC）降水资料、美国国... 详细信息

东亚季风区夏季降水受季风影响显著，不同季风配置通过影响区域水汽输送，在东亚季风区形成不同的降水格局，降水格局的变化容易引起旱涝灾害的发生。本文基于经验正交函数（EOF）分析，利用全球降水气候中心（GPCC）降水资料、美国国家环境预测中心/大气研究中心（NCEP/NCAR）再分析资料和不同夏季风指数，分析了1951-2020年东亚季风区夏季降水格局，进一步结合相关分析、水汽通量分析等，研究了4种夏季风强弱不同配置对东亚季风区夏季降水的影响。结果表明：（1）1951-2020年东亚季风区降水经历了先减少后增加的变化。EOF分析较好地展现了东亚季风区夏季降水的时空分布，东亚季风区夏季降水主要表现为南北向“-、+、-”的三极型分布与南北方降水反相变化的偶极型特征；东亚季风区夏季降水异常主要发生在三极型降水结构的相位转换上，其次是偶极型的相位转换；（2）东亚季风区夏季降水异常是东亚季风、南亚季风、西风环流以及西太平洋季风等系统共同作用的结果。导致东亚季风区降水异常增加（减少）的季风配置主要为配置1：西太平洋季风强，东亚季风和西风弱（配置2：西风强，东亚季风和南亚季风弱）；（3）配置1时，西太副高偏南偏西，中高纬形成西风槽，季风区南方季风较强，容易通过切变线以及抬升作用在季风区中部形成降水，导致异常降水增加，配置2时，西风强劲，南方水汽动力不足，无法深入大陆，造成异常降水减少。本文研究结果为气候变化背景下，探究东亚季风区异常降水机理提供理论基础，也为应对区域极端降水事件以及旱涝灾害防治工作提供重要的科学参考依据。

关键词：东亚季风区季风指数降水 EOF分析水汽通量

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冻土未冻水含量与其微结构相关试验分析研究

冰川冻土 2024年

作者：陈橙王丹杨成松尚飞张莲海石亚军中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室中国科学院大学

在既定负温下冻土中未冻水和固相冰的动态关系与其初始含水率密切相关，冻土中未冻水含量的改变直接影响了其微观结构的变化，因此，加强不同初始含水率下冻土的未冻水含量与微观结构的定量关系研究对于揭示冻土特殊的物理力学性质具有... 详细信息

在既定负温下冻土中未冻水和固相冰的动态关系与其初始含水率密切相关，冻土中未冻水含量的改变直接影响了其微观结构的变化，因此，加强不同初始含水率下冻土的未冻水含量与微观结构的定量关系研究对于揭示冻土特殊的物理力学性质具有重要的意义。本文利用新型冷冻扫描电镜对既定负温不同初始含水率（11.8%、23.1%、32.2%、42.2%、54.1%、64.2%、74.8%）下的冻结黏土进行微观结构测试，揭示了不同初始含水率下冻土微观结构的演化特征。同时，利用核磁共振技术测试不同初始含水率和不同温度下冻土的未冻水含量变化过程，探讨了既定负温下初始含水率对冻土未冻水含量与其微结构之间的定量关系。研究结果表明：冻结黏土含水率在液限范围内，随着初始含水率的增加，孔隙结构由集合物间孔隙向粒间孔隙发育，含水率超过液限后，随着初始含水率增加，超集合物间孔隙开始发育，并且在同一负温条件下，随着初始含水率的增加，孔隙分形维数和孔隙面积随之增大；对于高温冻土，随着初始含水率的增加，孔隙分形维数随未冻水含量的增加而增加，对于低温冻土，孔隙分形维数随未冻水含量的减少而增加；最后，建立了不同试验条件下冻土微观结构与其未冻水含量的经验方程，为揭示冻土特殊物理力学特性提供理论基础。

关键词：冻土微结构冷冻扫描电镜未冻水含量孔隙分形维数

坡向对青藏高原土壤环境及植被生长影响的实验研究

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冰川冻土 2023年第1期45卷 42-53页

作者：兰爱玉林战举范星文姚苗苗中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

坡向差异导致不同坡面近地表水、热及能量平衡过程存在较大差异,进而影响了土壤环境及高寒植物的生长。基于青藏高原花石峡冻土观测基地建设的具有八个坡向的工程实体(简称八棱台),在6年后进行现场测量和实验测试,研究了坡向对青藏高原... 详细信息

坡向差异导致不同坡面近地表水、热及能量平衡过程存在较大差异,进而影响了土壤环境及高寒植物的生长。基于青藏高原花石峡冻土观测基地建设的具有八个坡向的工程实体(简称八棱台),在6年后进行现场测量和实验测试,研究了坡向对青藏高原高寒植被生长环境及特性的影响。结果表明:各坡面近地表(10 cm和30 cm深度)土壤温度由高到低为:南坡>东南坡>西南坡>西坡>东坡>西北坡>东北坡>北坡,即相对朝阳坡面(东、东南、南和西南)温度明显高于相对背阳坡面(西、西北、北和东北)温度。而0~30 cm深度的土壤含水量朝阳坡面与背阳坡面之间差异不明显。地上植被长势(包括株高、覆盖度和地上生物量)朝阳坡面优于背阳坡面;地下植被长势(包括根深和地下生物量)朝阳坡面劣于背阳坡面。0~10 cm深度土壤有机碳和全氮含量基本是朝阳坡面高于背阳坡面;全磷含量朝阳坡面小于背阳坡面;各坡面之间全钾及速效养分的差异不显著(P>0.05)。总体来看,高寒地区温度对植被生长及养分分布的影响更为显著。研究结果为不同坡向植被修复和能量平衡研究提供了参考资料。

关键词：青藏高原坡向土壤温湿度高寒植被土壤养分

青藏高原中部可可西里热融滑塌发育特征及灾害效应

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冰川冻土 2023年第4期45卷 1242-1253页

作者：姚苗苗林战举范星文兰爱玉李文娇中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

受青藏高原暖湿化气候的影响,高原中部的可可西里多年冻土呈现快速的退化状态,并由此诱发大量的热喀斯特地貌发育。热融滑塌作为多年冻土区最为典型的热喀斯特地貌,其快速发育是多年冻土响应气候及环境变化的指示器。考察发现热融滑塌... 详细信息

受青藏高原暖湿化气候的影响,高原中部的可可西里多年冻土呈现快速的退化状态,并由此诱发大量的热喀斯特地貌发育。热融滑塌作为多年冻土区最为典型的热喀斯特地貌,其快速发育是多年冻土响应气候及环境变化的指示器。考察发现热融滑塌的快速发育对区域环境及重大基础设施均具有显著的灾害效应,但由于缺乏高精度的空间数据,对这一区域热融滑塌的分布特征缺乏细致的研究。本研究基于高分系列卫星产品影像资料解译,并结合2021年野外调查验证,开展了可可西里地区热融滑塌分布特征及灾害效应研究。研究结果表明:全区共发育热融滑塌1734个,总面积约30.82 km^(2),主要分布在海拔4700~4800 m的丘陵山区缓坡地带,其中4°~6°的坡面热融滑塌分布最多,约占总数量的32%,总面积的38%。由于坡向对地表热量分布及地下冰赋存条件的影响,对热融滑塌分布影响较大,北坡(N)及东北坡(NE)分布较多,约占59%。广泛发育的热融滑塌不仅对寒区生态环境、水环境、气候环境有重要的影响,也对重大基础设施及藏区居民生命财产具有灾害效应。本研究对可可西里地区未来工程规划及国家公园建设具有重要的指导意义。

关键词：可可西里多年冻土热融滑塌灾害效应

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寒区渠基黏土热参数最优概率分布

吉林大学学报（地球科学版） 2021年第2期51卷 473-482页

作者：石梁宏李双洋中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室兰州730000

为分析寒区渠基黏土热参数的随机分布特征及概率分布模型,以寒区渠基黏土的导热系数为样本,结合经典分布拟合法、多项式逼近法、最大熵法和正态信息扩散法,分别对寒区渠基黏土热参数的概率分布规律进行了研究。首先通过分析热参数的离散... 详细信息

为分析寒区渠基黏土热参数的随机分布特征及概率分布模型,以寒区渠基黏土的导热系数为样本,结合经典分布拟合法、多项式逼近法、最大熵法和正态信息扩散法,分别对寒区渠基黏土热参数的概率分布规律进行了研究。首先通过分析热参数的离散性,并比较概率分布曲线、拟合检验值和累计概率分布值,对不同方法描述热参数随机性的优劣进行了评价;然后,基于寒区渠基黏土热学参数对温度的敏感性,提出了一个可以达到理想拟合精度的寒区渠基黏土热参数概率推断的区间取值标准。研究结果表明:寒区渠基黏土的热参数具有随机变量的特征;正态信息扩散法可以描述热参数样本的随机波动性;在4种方法中,正态信息扩散法的拟合精度最高。使用3.5σ法,将[μ-3.5σ,μ+3.5σ](μ为随机变量的均值,σ为标准差)作为概率函数推断时的取值区间,同时考虑偏度的影响,可使得累计概率值达到1.000 0的精度,能够较准确地推断热参数的概率分布函数。

关键词：渠道冻土热参数概率分布寒区