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一种偏差校正方法在青藏高原夏季CMIP6降水数据订正中的应用评估

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高原气象 2025年第1期44卷 16-31页

作者：刘雨萌赵林李照国王少影马媛媛孟宪红中国科学院西北生态环境资源研究院/冰冻圈科学与冻土工程重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

利用第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中的18个模式,基于欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料(ERA5)再分析数据对青藏高原夏季降水数据进行了偏差校正,并从平均降水和极端降水两方面评估了校正前后的CMIP6数据以及单个模式在1979-2... 详细信息

利用第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6)中的18个模式,基于欧洲中期天气预报中心第五代再分析资料(ERA5)再分析数据对青藏高原夏季降水数据进行了偏差校正,并从平均降水和极端降水两方面评估了校正前后的CMIP6数据以及单个模式在1979-2014年的表现。研究结果表明,该校正方法高度依赖于用于偏差校正的ERA5再分析数据在研究区域的质量,尽管偏差校正后的青藏高原夏季平均降水的误差和误差率上有所改善,但在年际时间变化特征方面却不如偏差校正前的数据。大多数CMIP6模式能够较好地模拟1979-2014年青藏高原上由西北至东南逐渐递增的平均降水空间变化特征。偏差校正前的降水数据在高原上会出现显著的高估,误差率为60.4%,经过偏差校正后的数据相对观测数据误差降低,误差率为-13.9%,并且偏差校正后的数据与ERA5的平均误差仅为0.003 mm·d^(-1),与ERA5的空间相关性高达0.999。空间趋势方面,观测数据表明青藏高原大部分地区夏季降水在1979-2014年呈现轻微增加的趋势,只有东缘出现明显降低的趋势。偏差校正前后的数据都能够大致刻画出这一空间分布特征,然而,未经偏差校正的大多数单个CMIP6模式与ERA5的空间相关系数未超过0.5。与由独立观测降水数据的年际变化特征相比,偏差校正前的数据高估了高原上的降水量,而偏差校正后的数据相比观测结果则偏低。通过确定95%分位阈值选取了极端降水个例,其集合平均极端降水空间分布与年平均降水类似,也呈西北向东南递增的趋势。部分CMIP6模式较好地模拟了这一特征,如MRI-ESM2-0(The Meteorological Research Institute Earth System Model version 2.0)和ACCESSCM2(Australian Community Climate and Earth System Simulator Climate Model Version 2),与观测结果的空间相关系数分别为0.851和0.821。但偏差校正后的数据在空间相关性方面下降,由偏差校正前的0.861降为0.730,未能准确刻画高原极端降水阶梯式递增的特点。偏差校正后的极端降水数据误差分布与偏差校正前相似,偏低区域主要集中在高原南部腹地和东部。进一步的极端降水贡献率分析结果表明,观测结果与CMIP6降水数据均显示1979-2014年期间极端降水贡献率变化趋势不明显。单个CMIP6模式中,EC-Earth3-Veg(European Community Earth-Vegetation model version 3)和EC-Earth3(European Community Earth Model version 3)及CanESM5(The Canadian Earth System Model version 5)在多个统计评估指标上排名靠前,展示出较好的模拟能力;IPSL-CM6A-LR(Institut Pierre-Simon Laplace Climate Model 6A Low Resolution)在平均降水误差和极端降水的误差指标上表现出色。

关键词：青藏高原第六次国际耦合模式比较计划(CMIP6) 偏差校正降水

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青藏高原公路路面结构水热差异变化分析

东南大学学报（自然科学版） 2015年第5期45卷 975-979页

作者：张中琼吴青柏刘永智温智中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室兰州730000 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所青藏高原北麓河冻土工程与环境综合观测研究站格尔木816000

通过对青藏高原北麓河地区大气降水以及沥青路面和砂砾路面下部浅层土体水热变化的连续监测,分析路面结构中降水、地温以及水分变化之间的关系.结果表明,在降雨时段,5 cm深度土体水分增加,沥青路面下部土体的水分增量约为砂砾路面的2倍... 详细信息

通过对青藏高原北麓河地区大气降水以及沥青路面和砂砾路面下部浅层土体水热变化的连续监测,分析路面结构中降水、地温以及水分变化之间的关系.结果表明,在降雨时段,5 cm深度土体水分增加,沥青路面下部土体的水分增量约为砂砾路面的2倍.砂砾路面20 cm及以下深度范围水分增加,而沥青路面下部水分变化量小于0.3%.砂砾路面下部土体间存在良好的水力联系,沥青路面结构中的隔水层阻隔了层中水热交换.面层中水分的波动与降水密切相关,基层水分变化受地温控制.路面结构的隔水层增加了面层的蒸发量,同时造成层下水分的大量聚集和路基储热量的增加,表现为基层地温明显高于面层.水热交换的差异是造成沥青路面热效应的重要原因之一.

关键词：沥青路面降雨透水性水分地温

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多年冻土区灌注桩的人工冷却试验研究

中国公路学报 2020年第9期33卷 104-114页

作者：陈坤俞祁浩郭磊温智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 中国科学院西北生态环境资源研究院青藏高原北麓河冻土工程与环境综合观测研究站甘肃兰州730000

多年冻土区灌注桩修筑过程中,混凝土携带的热量和水化热会对周围冻土产生强烈的热扰动,由于基础在回冻前承载力非常小,因此桩基的快速回冻已成为该地区基础设施建设中备受关注的问题。为解决该问题,创新性地提出人工冷却法在多年冻土区... 详细信息

多年冻土区灌注桩修筑过程中,混凝土携带的热量和水化热会对周围冻土产生强烈的热扰动,由于基础在回冻前承载力非常小,因此桩基的快速回冻已成为该地区基础设施建设中备受关注的问题。为解决该问题,创新性地提出人工冷却法在多年冻土区灌注桩中的应用,以实现基础的快速降温和回冻,并在青藏高原北麓河进行现场人工冷却灌注桩试验。试验结果表明:人工冷却降温效果显著,试验进行到第2天,基础周围土体温度已经降至天然场温度以下;随着冷却试验的继续进行,基础和周围土体的温度会进一步降低;人工冷却有效降低了土体温度,并增加了桩基周围土体的冷储量,冷却试验结束后的第7个月试验桩的平均界面温度为-0.6℃,无冷却措施桩对应的平均界面温度为-0.37℃。承载力计算结果表明:人工冷却可以快速、大幅提高桩基的承载力,通过该措施的应用,试验桩的承载力可提高至2 231kN,而无冷却措施桩对应时刻的承载力仅为549kN;该措施有效缩短了冻土区灌注桩施工的后续等待时间,经过人工冷却的桩基承载力很高,冷却结束后即可进行上部荷载的施工。人工冷却可作为冻土地区桩基快速施工中的一种重要方法和有效途径,其不仅能够解决灌注桩对冻土产生热扰动这一难题,还能够有效缩短工程的建设周期,具有很高的工程应用价值。

关键词：桥梁工程人工冷却桩现场试验多年冻土稳定性承载力

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青藏铁路多年冻土区路基变形特征及其来源

岩土力学 2013年第9期34卷 2667-2671页

作者：孙志忠马巍党海明贠汉伯武贵龙中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室兰州730000 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所青藏高原北麓河冻土工程与环境综合观测研究站青海格尔木816000 青藏铁路公司格尔木工务段青海格尔木816000

基于青藏铁路多年冻土区34个路基监测断面2005-2011年的变形与地温资料,分析路基的变形特征及其来源。监测结果表明:①监测期累计变形量大于100 mm的断面均为普通路基,其变形主要来自路基下部因冻土上限下降而引起的高含冰量冻土的融沉... 详细信息

基于青藏铁路多年冻土区34个路基监测断面2005-2011年的变形与地温资料,分析路基的变形特征及其来源。监测结果表明:①监测期累计变形量大于100 mm的断面均为普通路基,其变形主要来自路基下部因冻土上限下降而引起的高含冰量冻土的融沉变形以及融土的压密变形,其次为路基下部多年冻土因地温升高而产生的高温冻土的压缩变形。②监测期累计变形量小于100 mm的普通路基与块石结构路基断面,其变形主要来自路基下部多年冻土的压缩变形。③总体而言,块石结构路基变形量明显小于普通路基,从而验证了主动冷却措施的长期有效性。其研究结果可为冻土区路基稳定性判断及病害预警提供数据支持。

关键词：青藏铁路多年冻土路基变形沉降

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不同地面类型热物理性质差异分析

长安大学学报（自然科学版） 2015年第4期35卷 41-47页

作者：张中琼吴青柏荀学义侯彦东高思如中国科学院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000 中国科学院青藏高原北麓河冻土工程与环境综合观测研究站青海格尔木816000 内蒙古自治区气象局内蒙古呼和浩特010051

热物理性质的差异是不同地面类型能量交换差异的物质基础。通过对青藏高原北麓河地区工程地面（沥青路面、砂砾路面）和自然地面（天然地表、高寒草原、高寒草甸）气象参数的观测与计算,分析地表温度、反照率、粗糙度和总体输送系数之... 详细信息

热物理性质的差异是不同地面类型能量交换差异的物质基础。通过对青藏高原北麓河地区工程地面（沥青路面、砂砾路面）和自然地面（天然地表、高寒草原、高寒草甸）气象参数的观测与计算,分析地表温度、反照率、粗糙度和总体输送系数之间的差异。研究结果表明：夏秋季节沥青路面昼夜温度均高于其他地面类型,春冬季节沥青路面夜间温度高于其他地面类型;砂砾路面、高寒草原、高寒草甸白天表面温度差异约为2℃~5℃,夜间差异为1℃~3℃;天然地表的反照率大于沥青路面,反照率受太阳高度角和降水影响,随太阳高度角增加呈指数递减,在降雨时地面反照率有增有减,降雪增加地面反照率,降水后介质湿度增加,反照率减小;5种地面类型的粗糙度从大到小依次为砂砾路面、天然地表、沥青路面、高寒草甸、高寒草原;粗糙度的大小间接反映地面的能量输送能力,冬季天然地表输送系数大于其他地面类型,在其他季节,天然地表和沥青路面的动量输送系数较大,其次为高寒草原、高寒草甸、砂砾路面。

关键词：道路工程地面类型温度反照率能量输送

CLM5.0对青藏高原冻融过程土壤温湿度的模拟及评估

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高原气象 2025年第1期44卷 32-45页

作者：张哲浩赖欣张戈姚思源张粟瑜成都信息工程大学大气科学学院/高原大气与环境四川省重点实验室/气候与环境变化联合实验室/成都平原城市气象与环境四川省野外科学观测研究站四川成都610225

利用1979-2018年中国区域地面气象要素驱动数据集(0.1°×0.1°)作为大气强迫资料,驱动CLM5.0(Community Land Model version 5.0)模拟了青藏高原地区1979-2018年的土壤温湿度变化。将土壤冻融过程划分为冻结期和非冻结期,通过两个阶段... 详细信息

利用1979-2018年中国区域地面气象要素驱动数据集(0.1°×0.1°)作为大气强迫资料,驱动CLM5.0(Community Land Model version 5.0)模拟了青藏高原地区1979-2018年的土壤温湿度变化。将土壤冻融过程划分为冻结期和非冻结期,通过两个阶段的CLM5.0模拟与站点观测资料、同化资料(GLDAS-Noah)、卫星遥感资料(MODIS土壤温度资料和ESA CCI-COMBINED土壤湿度资料)的对比验证,探讨CLM5.0模拟土壤温湿度在青藏高原的适用性。结果表明:(1)CLM5.0可较准确地描述站点土壤温湿度的动态变化,CLM5.0模拟的土壤温湿度与观测资料具有一致的变化特征且数值上较为接近。CLM5.0模拟的准确性高于GLDAS-Noah。CLM5.0对站点土壤温度的描述更为准确。(2)CLM5.0能够较准确地描述高原冻融过程中的土壤温湿度特征,CLM5.0模拟土壤温湿度与MODIS和ESA CCICOMBINED遥感资料在高原总体呈显著正相关,相关系数大多在0.9以上。CLM5.0对土壤温度的模拟能力相对较好,对非冻结期土壤湿度的模拟能力优于冻结期。CLM5.0整体高估了土壤温度,平均偏差大多在0~4℃之间。土壤湿度的平均偏差大多在-0.1~0.1 m^(3)·m^(-3)之间,非冻结期的平均偏差相对较小。(3)CLM5.0模拟、GLDAS-Noah、MODIS和ESA CCI-COMBINED遥感资料的土壤温湿度均具有相似的空间分布,其中土壤温度空间分布特征相似度更高。CLM5.0具有较高的空间分辨率和更为精细的土壤分层,对土壤温湿度细节的刻画更为完善。(4)CLM5.0模拟资料在高原整体呈增温变干趋势,MODIS和ESA CCI-COMBINED遥感资料整体呈增温增湿趋势。CLM5.0模拟的土壤温度变化趋势相对准确,土壤湿度的变化趋势则存在较大偏差。

关键词：青藏高原 CLM5.0模拟冻融过程土壤温湿度

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沥青路面能量平衡特征分析

高原气象 2014年第6期33卷 1705-1711页

作者：张中琼吴青柏刘永智陈继中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室兰州730000 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所青藏高原北麓河冻土工程与环境综合观测研究站北麓河816000

为了分析沥青路面与天然地表在热量吸收方面的差异及原因,在青藏高原北麓河地区的沥青路面和天然地表进行了辐射、风速、气温、湿度、气压以及浅层地温的观测,并利用空气动力学方法计算两种地面类型的蒸发和湍流散热。结果表明,5-9月天... 详细信息

为了分析沥青路面与天然地表在热量吸收方面的差异及原因,在青藏高原北麓河地区的沥青路面和天然地表进行了辐射、风速、气温、湿度、气压以及浅层地温的观测,并利用空气动力学方法计算两种地面类型的蒸发和湍流散热。结果表明,5-9月天然地表的净辐射量大于沥青路面,其他时段沥青路面的净辐射量大于天然地表。沥青路面的年总净辐射量比天然地表多6.2%,随着沥青路面的使用,两者差异有减小趋势。北麓河地区以湍流散热为主。沥青路面的潜热和感热通量均小于天然地表,夏、冬季两者差异较大。沥青路面的潜热通量比天然地表减少了24.4%,感热通量减少了14.3%。沥青路面浅层地温明显高于天然地表。在5 cm深度,沥青路面下部地温比天然地表高1.15~8.6℃;在20 cm深度,沥青路面下部地温比天然地表高0.1~5.6℃。沥青路面比天然地表吸收了更多的热量,且路基中心位置大于右路肩位置。沥青路面吸热作用明显。

关键词：沥青路面净辐射感热潜热地温

气候变化背景下青藏铁路沿线多年冻土变化特征研究

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冰川冻土 2014年第5期36卷 1122-1130页

作者：刘明浩孙志忠牛富俊武贵龙贠汉伯中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻土工程国家重点实验室/青藏高原北麓河冻土工程与环境综合观测研究站甘肃兰州730000 中国科学院大学北京100049

多年冻土是复杂地气系统的产物,以升温为特征的气候变化不可避免地对其产生影响.基于青藏铁路沿线8个天然场地2006-2011年的地温监测资料,分析了气候变化背景下,多年冻土升温特征及上限变化规律,并对低、高温冻土的变化特征进行了对比分... 详细信息

多年冻土是复杂地气系统的产物,以升温为特征的气候变化不可避免地对其产生影响.基于青藏铁路沿线8个天然场地2006-2011年的地温监测资料,分析了气候变化背景下,多年冻土升温特征及上限变化规律,并对低、高温冻土的变化特征进行了对比分析.结果表明:2006-2011年监测期间,铁路沿线多年冻土正在经历明显的升温趋势,上限附近和15 m深处平均升温率分别为0.015℃·a-1和0.018℃·a-1,其中,低温冻土区在上述两个深度处升温均比高温冻土区显著;多年冻土上限深度也表现出一定的增深趋势,平均增深速率为4.7 cm·a-1,其中,高温冻土区增深速率大于低温冻土区.低、高温冻土对气候变化的响应表现出了较大差异.同时,受局地因素的影响,不同区域在升温和上限增深上也存在一定差异.

关键词：气候变化多年冻土温度多年冻土上限青藏铁路

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青藏公路南段岛状冻土区内冻土环境变化

冰川冻土 1997年第3期19卷 231-239页

作者：王绍令赵秀锋中国科学院兰州冰川冻土研究所青藏高原综合观测研究站

将９０年代的勘探、钻孔测温和地面综合调查等实测资料与７０年代对比，发现青藏公路南段岛状多年冻土区内的冻土退化和生态环境变化相当明显。表现为岛状多年冻土南界北移１２ｋｍ，多年冻土岛总面积减少７％。沼泽化湿地面积缩小约三... 详细信息

将９０年代的勘探、钻孔测温和地面综合调查等实测资料与７０年代对比，发现青藏公路南段岛状多年冻土区内的冻土退化和生态环境变化相当明显。表现为岛状多年冻土南界北移１２ｋｍ，多年冻土岛总面积减少７％。沼泽化湿地面积缩小约三分之一，沼泽化草甸向草原化草甸逐步转化，湖塘和洼地中的水生植物群落向湿、中生植物群落演替。草场退化严重，少数地段土地沙化，形成活动性砂丘，目前区内的生态环境正向劣势方面发展。

关键词：青藏公路冻土退化环境变化冻土岛状冻土