本研究旨在推进冻土观测自动化进程，提升监测精度，弥补传统人工观测方法操作繁琐、主观误差大且无法实现连续观测等不足。通过对比五种型号冻土自动观测仪与人工冻土器的观测数据，全面评估其数据质量，为气象业务化运行提供科学依据。利用2022—2024年全国24个省区1 172个气象观测站安装的DTD1、DTD2、DTD3、DTD4、DTD5五种型号冻土自动观测仪与人工冻土器的平行观测数据，从数据完整性（完整率≥98%）、准确性（标准偏差≤2 cm）、一致率（≥80%）、误判均值（≤6 cm）和冻融趋势（最大冻土深度数据相关性≥0.8）五个方面进行检验评估。截至2024年冬季，第一阶段运行设备349套，第二阶段运行设备364套，单轨业务化运行设备459套。DTD2型和DTD3型冻土自动观测仪在数据完整率、准确性、一致率、误判均值和冻融趋势等指标上表现优异，其单轨业务化运行通过率分别为88.73%和88.24%，远高于其他型号设备。DTD2型和DTD3型冻土自动观测仪数据质量高，能够满足气象业务化需求，建议在今后的业务运行中优先推广使用。

为了研究东北高寒冻土地区灌溉渠道季节性的冻胀问题，通过模拟渠道冻胀试验，分析冻结过程中水和热的迁移规律以及混凝土渠道衬砌中的不均匀冻胀特征。结果表明，渠道开口处和底部的冻结深度基本相同，由于地面温度的重叠效应，渠底土壤含水量最大，冻结过程中产生大的冻胀力。渠道防冻工程中，从工程成本考虑，建议渠道底部保温板厚度小于开口处，坡面保温板厚度小于底部。

冻土区桩基施工会对土体产生热扰动，融化后的土体回冻时间较长，很大程度降低了桩基的早期承载力。为提高桩体早期热稳定性，往往针对整桩采用单一的回冻措施，缺乏对桩周土体回冻速度差异的考虑，人工干预措施常存在施工不便和成本较高的问题。为解决上述问题，选取了根河至牙克石公路沿线5个钻孔进行地温测试，并分析了土体粒径、含冰率、冻结深度等因素对热扰动后土体回冻能力的影响。试验结果表明，土体粒径相似的情况下，体积含冰率越低，热扰动后的土体回冻速度越快。对于粗颗粒土中的冻结冰，影响回冻速度的主要因素是冻结深度，随着深度的增大，回冻速度先加快后减慢，并在冻结深度的中下部达到回冻速度最大值。细颗粒土的回冻速度也表现出随深度增大而加快的关系，但是明显小于粗颗粒土。地下纯冰层的回冻速度与冻结深度几乎没有关系。在冻结深度相同的情况下，热扰动后的土体回冻速度由快到慢依次为：低含冰率凝灰岩、低含冰率砾石、高含冰率凝灰岩、高含冰率黏土、纯冰层。另外，各测点土体回冻速度最慢的地方均位于冻融界线位置附近。根据本次试验分析，为加快热扰动后桩周土体的回冻，需重点考虑冻融界线深度处及冻结冰含量高的细粒土回冻较慢的问题，在桩基深度...

青海三江源区是全球气候变化的敏感区和生态环境脆弱区，目前正面临着冻土退化的问题。本研究基于三江源区18个国家气象站1961—2021年气象观测资料，对气候变暖前后季节冻土冻融特征进行对比分析。结果表明：三江源区年平均气温为-0.34℃，呈东高西低分布，总体以0.38℃·（10a）-1的速率上升，并在1997年发生突变，突变后气温显著升高。平均年最大季节冻结深度为142.5 cm，自西北向东南减小，总体以2.4 cm·（10a）-1速率退化，与变暖前相比减少了11 cm。平均地表冻结初日为10月24日，以1.0 d·（10a）-1速率推迟，平均地表冻结终日为5月18日，以3.3 d·（10a）-1速率提前，与变暖前相比，地表冻结终日提前了12 d，地表冻结初日推迟了14 d。季节冻土平均冻结时间为133.9 d，呈西高东低分布，总体以1.9 d·（10a）-1速率减少，与变暖前相比减少了8.8 d。年最大冻结深度及冻结时间分别在2004年和2002年发生突变，相比气温均有一定滞后...

为解决目前寒区路基冻胀病害难以根除和缺少冻胀灾后抢险措施的难题，设计了一种寒区路基地源热泵系统。结果表明：路基热泵宜采用直接膨胀式换热形式，实体装置可以自动化地输出40、 50、 60℃等不同水平供热温度，制热系数大于3.0,实现对地热能的高效收集、转化与传递。热泵运行第1、 5、 10 d的热作用半径分别达到0.76、 1.64、 2.30 m。案例模拟表明，在天然条件下路基中心冻结深度为0.89 m;而在人工供热条件下，冻结深度减小至0.2 m以内，土体升温幅度和热扩散范围随供热温度的提高而增大。实际应用中，面向冻胀快速解冻与应急抢险时，热泵沿路基纵向间距宜取2.0～4.0 m,供热容量设计为1.0～2.0 kW。

利用1974—2016年10月至次年4月河北省最大冻土深度、气温和0 cm地温数据,采用线性相关等方法,分析河北省季节性冻土的最大冻结深度时空分布特征及其与平均气温和地温的相关性。结果表明:河北省冻土的最大冻结深度高海拔地区大于低海拔地区、高纬度地区大于低纬度地区。近43 a最大冻结深度呈波动减小趋势,最大冻土深度与平均气温和地温呈负相关,其对气温升高的响应更显著。中北部大部分地区最大冻土深度随平均气温和地温变化的递减率一致,而南部大部分地区最大冻土深度随气温变化的递减率大于随地温变化的递减率。

利用1961—2012年来黑龙江省32个气象台站的逐日冻土观测数据,使用变异系数法、线性趋势估计法、克里金插值法以及突变检验方法,对黑龙江省冻土最大冻结深度的时空变化特征进行了分析。得到如下结论:黑龙江省冻土最大冻结深度年下降速率为-0.67 cm/a,变异系数为9.9%,突变年份出现在20世纪80年代中后期,在60年代最大冻结深度达到最大。之后每10年出现明显的递减趋势,下降速率为12.43 cm/10 a。黑龙江省冻土平均开始冻结日期在10月中旬左右,冻土开始解冻的日期最早出现在2007年3月1日,最晚出现在1972年4月6日。冻结日期在不断提前,而冻土开始冻结日期却在逐步延后,空间分布总体上呈现北高南低的趋势走向。低值区主要位于铁力、通河站点附近,同纬度相比,中部地区的最大冻结深度偏低。

季节性寒区隧道温度场随时间和空间不断变化,为明确季节性寒区隧道温度场的三维时空变化规律,为季节性寒区隧道防冻保温设计提供依据,依托某季节性寒区公路隧道设计了现场监测方案,在隧道洞口段一定范围内布置了5个环境温度场测试断面和2个围岩温度场测试断面,采用现场监测方法获取了隧道洞内环境温度场和围岩温度场随时间和空间的变化规律,在此基础上分别建立环境温度场和围岩温度场时空分布的统计模型,并推导了围岩冻结深度随时间和空间的变化规律。结果表明:隧道环境温度与时间和隧道进深具有三维变化关系,同一个监测断面温度与时间呈正弦函数变化,多个断面平均温度随着隧道进深呈近似线性变化,多个断面的温度振幅随隧道进深呈对数函数变化;隧道围岩径向温度与时间、隧道进深和围岩径向深度3个指标均有关系,同一断面围岩温度随时间也具有正弦变化特征,围岩温度幅值随围岩径向深度增大呈指数规律降低,达到一定深度后温度幅值为零,围岩平均温度呈对数规律变化;围岩冻结深度随时间呈周期性变化,随隧道进深增加呈减小趋势。研究结果可为季节性寒区隧道防冻保温设计提供指导。

对哈齐(哈尔滨—齐齐哈尔)客运专线DK221+150断面温度场进行实测,并对该断面温度场进行了二维有限元分析,研究季节性冻土地区铁路路基冻结深度变化规律及其影响因素,并拟合出冻结深度与热通量及持续冻结时间的函数关系。结果表明:该地区铁路路基最大冻结深度约0.3 m;路基冻结深度主要取决于浅层土体的热通量及持续冻结时间;当表层热通量降低至某一临界值后,土体冻结深度不再发展,冻土厚度开始逐步减少;冻结深度与热通量、持续冻结时间呈线性关系,随着冻结状态时间的延长,热通量的敏感性下降,持续冻结时间敏感性上升。

利用西藏29个基准(基本)观测站1990-2014年逐日0cm地温资料,采用回归统计、斯蒂芬法等方法进行研究,基本查明西藏地区近25年间逐年最大冻结深度的变化情况。西藏地区最大冻结深度空间分布,西北靠多年冻土地区以及高山地区大于东南中低山谷地区;最大冻结深度呈从西北向东南方向递减的分布特征。最大冻结深度年变化率呈现出逐年变浅趋势,靠多年冻土区在个别低温年份冻结深度会明显增加。研究表明,除昌都市的最大冻结深度与年降水量呈现正相关外,其他地区最大冻结深度与年平均气温,年降水量基本呈负相关。年最大冻结深度与年平均气温的相关性,高于与年降水量的相关性。最大冻结深度减薄趋势反映与年平均气温和年降水量升高相关,最大冻结深度与年平均气温的相关性较与年降水量相关性显著。