根据2018—2020年青海湖流域高寒草甸野外定点监测的温度、降水、土壤水热数据，分析了高寒草甸生态系统土壤冻融特征以及不同冻融阶段土壤温度、水分的日变化和季节动态过程。结果表明：(1)基于土壤温度变化特征分析，可将冻融循环过程划分为始冻期、完全冻结期、解冻期和完全融化期。各阶段持续的天数长短依次为：完全融化期>完全冻结期>解冻期>始冻期。从表层到深层土壤，完全融化天数持续增大，完全冻结天数趋于减小，0～180 cm土层完全融化期持续天数超过半年以上。(2)冻土表现出单向冻结、双向融化的规律，土壤融化速率(5.45 cm/d)快于土壤冻结速率(2 cm/d)。整个冻融过程，不同深度土壤水分的变化比温度的变化更复杂。(3)随着冻融循环过程，土壤温湿度呈现出周期性的季节变动特征。土壤温湿度日变化具有一致性，表层日较差大，随着深度的增加，日较差变小并趋于稳定。土壤剖面的结构特征对土壤水分异质性分布具有较强的解释性。

作为北方寒区一种常见的自然现象,季节性冻融能够改变农田土壤环境,影响自然界的物质循环和能量迁移过程。综述了冻融作用对土壤理化性质的影响,阐述了农田冻融土壤水、热、盐耦合运移机制,分析了农田冻融土壤环境演变机理,并对生物炭对农田土壤的调控效果进行了总结。最后提出未来农田土壤冻融过程水土环境效应理论与实践研究的重点。

多年冻土与大气间的相互作用主要是通过活动层中的水热动态变化过程而实现。气候变化背景下的多年冻土活动层冻融过程模拟、多年冻土厚度制图和变化预测是研究冻土区生态环境、水文、工程以及碳循环的基础。根据国内外研究进展，总结了不同修正形式的Stefan方程在多年冻土活动层冻融过程和活动层厚度模拟中的应用进展，对将Stefan方程应用到分层堆积土壤中的不同算法进行了简要介绍，并指出了其在应用过程中存在的问题。Stefan方程首次将地表（或者大气）温度的变化与冰层（或者土层）的冻结融化过程以简单公式的形式联系起来，极大地简化了土壤冻结融化过程的分析计算。由于其输入参数少、形式简单、模拟效果可靠，成为常用模拟土壤冻融过程的方法之一，将其耦合到气候模型、陆面模型和水文模型中的研究也越来越多。Stefan方程最初在研究北极地区湖冰形成过程时提出，在应用到冻土学中后，不同学者在考虑土壤含水量、不同下垫面地气温差、地形和降水等因素后对方程进行了改进，并有多种算法试图将这一方程应用到非均质土壤中，取得了较好的模拟效果。但是，Stefan方程在国内的应用更多地用于简单模拟均质土壤多年冻土活动层厚度的空间分布状况，...

近年来,随着气候变化,伊犁河谷积雪消融加快,极端水文事件的频度和强度也在加大。通过利用中国科学院天山积雪站附近小流域的土壤水热和积雪融雪观测数据,对研究区积雪消融规律、冻土水热变化特征及其对气温和融雪量的响应进行了分析。结果表明:在冻土融解阶段,土壤温度的变化依赖大气温度的变化,而土壤水分受融雪量和气温的影响较大,高度相关。表层土壤含水率的变幅最大,而深层土壤水分值较稳定,土壤水热的季节性变化自秋-冬-春大致呈现"下降-平稳-上升"的趋势。在冻土层上边界,土壤含水率随着累积融雪量的增加而增加并达到饱和值,而冻土层下边界(40 cm深度)土壤水分保持非饱和稳定状态。在山区,降雪量是水资源形成的主要来源。融雪量与大气温度的相关性显著(系数为0.785),融雪量对水资源形成的贡献率为40%左右。研究冻土水热对融雪和气温的响应过程,对于新疆水资源形成机理、转化利用以及洪水预报具有重要的参考价值。

为了更好地认识季节性冻融区冻融过程对农田土壤温度和水分的影响,以吉林省长春市黑顶子河流域为研究对象,监测了冻融期流域内玉米田和水稻田土壤温度和水分的变化过程。结果表明:冻融期表层土壤温度主要受积雪厚度影响,深层土壤温度主要受土壤初始含水率影响。冻结期,冻结层含水率几乎都呈增加趋势,其中浅层土壤增幅最大;冻结速度慢、初始含水量低、相邻土层含水量高的土层冻结过程水分增加量更大,反之则小。融化期,各下垫面、土层土壤含水率基本呈下降趋势,且主要集中在表层0～30cm,水分损失以蒸发为主,冻结层对土壤蒸发有抑制作用;冻结层的融化是造成各下垫面不同土层土壤含水率差异,以及各土层在不同融化阶段土壤含水率差异的主要原因。

为了研究温度因素对季节性冻土区域接地网故障测量的影响,测量分析了冻土温度变化过程水分和盐分迁移以及电阻率情况,并在冻土参数测量结果的基础上,采用接地网无损检测装置来分析温度变化对冻土区域接地网故障测量的影响。研究结果表明,冻融阶段温度梯度和孔隙水压梯度是水分迁移的主要驱动力,冻土冻结锋面以上和锋面下缘的土壤含盐量有上升趋势,冻土土壤冻结锋面附近电阻率急剧变化,这些由温度引起的冻土变化直接影响着接地网故障测量的准确度,即冻土深度低于水平接地网深度时,测量接地网故障准确率较高。

为了弄清季节性冻土区域输电线路的接地故障问题,本文在调研黑龙江区域输电故障接地情况的基础上,研究了土体随含水量和冻融循环的变化情况,给出了分析多次冻融循环过程基础的极限抗拔力,进而获得了冻土区域输电线路的接地故障机理。研究结果表明:1)冻土区域线路运行年限越长,接地体故障几率越大,接地故障容易发生在焊接部分等薄弱位置; 2)冻融次数增加导致了杆塔基础极限抗拔力下降,直接引发杆塔地基上拔的现象,从而造成接地体的破坏损伤。针对冻土区域的输电线路接地故障,文中建议采用避开富冰冻土区域等手段,相关的研究结果可为冻土区域输电线路接地的运行检修提供参考。

青藏高原被誉为"中华水塔",其广泛分布的多年冻土和季节冻土在保证我国水资源安全上具有重要的地位。基于2015年7月-2016年6月青海海北站季节冻土的水热监测数据(土壤含水量为未冻水含量),分析了冻结深度的季节变化和冻融过程水热运移特征。结果表明:各土层土壤温度与土壤水分含量变化均表现为"U"型。土壤温度变化规律与日平均气温基本一致,但滞后于日平均气温的变化,滞后时间取决于土层深度。与多年冻土冻融规律不同,海北站季节冻土表现为单向冻结、双向融化特征,冻融过程大致可划分为三个阶段:冻结初期、冻结稳定期和融化期。同时,季节冻土消融速率大于冻结速率,且融化过程中以浅层土壤融化为主。在冻结过程中,土壤水分沿上、下两个方向分别向冻结锋面迁移,各土层土壤含水量迅速下降。而在融化过程中,各土层土壤含水量逐渐增加,且在浅层土壤形成一个土壤水分的高值区。土壤冻融过程中未冻水含量与各土层土壤温度具有较好的相关关系,且浅层土壤拟合效果优于深层土壤。本研究对揭示高原关键水文过程以及寒区水热耦合模型构建具有重要意义。

青藏公路多年冻土路段的阴阳坡现象会引发路基及下伏冻土地基热状况不对称分布,影响长期稳定性.为此,基于实测坡面温度数据,开展不同年平均气温和路基高度条件下冻土路基地温场分布及演化规律的模拟.结果表明,年平均气温-3℃下阴坡冻结指数约为阳坡的2倍,融化指数约为阳坡的0.83倍.路基修筑后,阴坡一侧路基下部人为上限均有一定抬升.此后,在气候变暖及沥青路面强烈吸热效应作用下,路基左右路肩下部人为上限不断下降,其中高填方路基人为上限下降速率相对较快.阴阳坡效应作用下,东西路基下部人为冻土上限呈左高右低的趋势,下伏土体温度同样为左高右低.高填方路基下伏冻土层地温分布的不对称较同期的普通填方路基显著.

冻土物理力学特性与温度密切相关,气候变暖背景下冻土路基地温场的分布和演化规律不仅会影响到路基的静力稳定性,还会影响到其在地震、车辆等动力荷载作用下的响应特征与稳定性。为此,基于现场实测路基坡面温度,系统开展气候变暖背景下青藏高原典型(东西、南北、45°)走向条件下冻土路基地温场分布及演化规律的模拟研究。结果表明,阴阳坡侧浅层土体冻结指数差异较融化指数差异更为显著,东西走向下阴坡冻结指数约为阳坡的2倍,而融化指数约为阳坡的0.83。阴阳坡侧路基本体及活动层季节冻融过程存在明显不同步,东西走向条件下阴坡冻结期(融化期)可较阳坡侧长(短)约1个月。路基修筑后,阴坡一侧路基下部人为上限均有一定的抬升,而阳坡仅南北走向有抬升。此后,在气候变暖及沥青路面吸热效应下,路基人为上限不断下降,最大速率可达20cm/a,且逐步出现融化夹层,其中阳坡融化夹层厚度普遍大于阴坡,差值最大可达2.5m。路基本体季节冻融过程的不同步、人为上限埋深及冻土地温分布的不对称性应在未来青藏高原冻土路基静力、动力稳定性设计和研究中予以考虑。