土壤热状态是指示多年冻土存在及其热稳定性的最关键指标。为探究黄河源头区冻土热状态的较长期变化，首先构建了土壤热传导数学模型并基于HYDRUS-1D模型求解，经参数率定验证，表明该模型具有较好的可靠性和适用性，然后利用中国区域地面气象要素驱动数据集（CMFD）驱动模拟了黄河源头区6个钻孔1979—2018年冻土地温的变化。结果表明，黄河源头区冻土热状态在1999年发生转变：1999年前温度变化速率为-0.037～0.026°C/a,1999年后升温速率为0.006～0.120°C/a。分析表明1998年的气候变暖突变及1999年的极端气候灾害突变是黄河源头区冻土地温在1999年发生突变的主要原因；冻土地温升高，冻土热稳定性下降，将深刻影响冻土水源涵养功能。该研究可厘清高原冻土对气候变化的响应规律，为加强黄河源头区生态环境分区管控提供科技支撑。
为了研究国道214线沿线多年冻土地温情况,为多年冻土地温预测提供依据,根据国道214线的地温监测资料,首先对国道214线进行综合地温分区,采用非线性拟合算法对各地温分区进行曲线拟合,得到7个地温分区的地温曲线拟合模型。根据此预测模型对国道214线地温分布进行了预测计算,计算结果表明:理论地温剖面曲线与该地区实测地温剖面曲线形态相似;地温随深度变化趋势基本一致,稳定地温理论值与实测值相同,稳定地温深度也基本一致;用该地温预测分段函数模型进行的地温断面曲线预测,总体趋势预测良好。
针对青藏铁路高寒多年冻土的特性,为了确保多年冻土不被人为破坏及结构自身安全,青藏铁路不冻泉站区办公生产综合楼采用低架空基础。为了得到低架空房屋基础的安全性及其对多年冻土的影响,对基础冻土地温及基础沉降进行连续监测。监测数据表明:低架空房屋基础对于其下多年冻土起到有效的保护作用,房屋基础的变形控制点大部分表现为沉降,但沉降值较小,均满足现行规范要求。
为研究冻土桩基随地温变化的受力性能,采用m法进行实例分析。通过拟合归纳得出了桩基最不利位移和弯矩与地基系数的比例系数的拟合方程,且均可用二次多项式分布拟合;假设了地基系数的比例系数与月平均最高地温的线性关系,进而得出最不利位移和内力随地温变化的计算方法。
采用样方法对祁连山大通河源区高寒植被生态系统进行了调查,计算了丰富度指数、多样性指数和均匀度指数等表征物种多样性的定量指标。根据已有的等效高程模型得到植被采样点的冻土地温,并基于冻土地温时空转换模式得到一个温度从低到高的温度梯度带,通过分析高寒植被物种多样性随冻土地温梯度的变化探讨了多年冻土环境变化对高寒植被的影响。结果表明:随着冻土地温的升高,物种丰富度、物种多样性、均匀度呈上升—降低—上升趋势,并在季节冻土区内达到最大值;植被类型由高山稀疏植被向高寒草甸演替,高寒草甸向高寒沼泽草甸演替,最终向高寒草甸演替。相同植被类型在不同地温带具有不同的物种多样性分布特征,高山稀疏植被和高寒灌丛随着地温的升高呈现先增加后降低的变化趋势;高寒沼泽草甸植物群落多样性指数、丰富度指数、均匀度具有先降低后上升的变化趋势;高寒草甸的3个多样性指数随地温的升高呈上升趋势;而且在较高冻土地温环境下,高寒草甸的3个多样性指数高于高寒沼泽草甸。
青藏高原上发育着世界上独一无二的沙漠和冻土,然而,沙漠化对冻土地温产生的影响目前仍不清楚.近年来,随着青藏高原沙漠化的发展,这个问题愈加令人担忧.为此,作者在青藏高原红梁河建立观测实验场,利用热敏电阻地温探头,通过野外同步对比观测方法,于2010年5月～2011年4月对不同厚度沙层下的冻土地温进行了1个完整年的观测研究.发现沙层对下伏多年冻土有保护作用,表现为厚沙层下地温在多年冻土上限附近以下深度全年均低于天然地表,降温幅度大约稳定在0.2℃,夏半年5～9月最大处降温分别达3.40,3.72,4.85,3.16和1.88℃;薄沙层下地温在上限附近全年都低于相应的天然地表,最大处降温幅度全年平均达0.71℃.其初步结论不仅对探索青藏高原沙漠与冻土之间的关系具有科学意义,而且为青藏高原工程建设地区的冻土保护提供了一种新思路.
针对冻土地温远程自动监测的实际需求和实施条件,提出基于GPRS的冻土地温远程监控系统的体系结构和组成模块,进行硬件原理设计、GPRS传输模块数据接口及相关传输协议设计,并分析采集数据。经应用证明,系统可满足冻土地温长期自动观测的需要。
冻土地温自动监测系统是集GSM-R无线通信技术、信号采集技术以及计算机网络技术为一体的监测系统。本文介绍冻土地温自动监测系统的硬软件设计和编程方法,冻土地温数据的GSM-R无线网络上传以及为用户提供基于C/S结构的冻土地温数据管理软件的具体实现流程;解决了高采集精度、低系统功耗、电池使用寿命长、远程无线传输及密封性和防雷电干扰等技术难题;实现了对青藏铁路冻土地温数据实时采集、存储以及无线上传,监测人员在任何时间、能接入GSM-R的任何地点都可以自动监测到青藏铁路冻土地温数据。系统已经成功运用在青藏铁路冻土区地温自动监测;系统同样适用于东北冻土区地温的测量,以及对冷库、各种冷藏车温度的检测和自动控制。
针对实时安全可靠传输青藏铁路冻土地温监测数据的需要,首先介绍GSM-R通信的基本原理,根据青藏铁路工程的实际情况,比较GSM/SMS、GSM-R/GPRS、CDMA3种无线数据传输技术方案的优缺点,最终确定基于GSM-R的数据传输技术方案。并设计无线数据传输相关的协议、单片机软件和数据中心软件。经过工程应用证明,本方案具有设计简单、投资低、数据传输稳定可靠等优点。
