文章以喀拉喀什河为例,解析1956—2023年天然径流及降水序列的演变特征,揭示径流突变与降水周期性规律。运用累计距平分析法、Mann-Kendall突变检验法和Morlet小波,对相关序列数据开展研究。研究结果表明:径流量呈现阶段性变化,2008年前后发生突变,Morlet小波分析降水序列在1988年前后存在4-6年显著周期;降水丰枯交替明显,但90年代后呈现整体偏湿趋势,1993年后丰水期频次增加。揭示了干旱区内陆河流域径流对气候变暖的响应机制,明确了降水周期的作用。通过多尺度方法集成与长序列数据挖掘,深化了对干旱区内陆河流域水文过程复杂性的认识,为同类区域水资源可持续管理提供了可推广的技术路径与决策依据。
在20世纪20年代,内蒙古地区建立的气象站开始观测冻土数据信息,经过几十年的观测资料积累,为研究北方地区冻土变化特征打下了坚实的基础。气候环境和地形条件的共同影响,使得土壤冻结的季节性变化特征极为显著,且对气候变化的反应极为敏感。为全面了解冻土变化特征及对农业生产的影响,以充分利用光热资源,不断挖掘农业生产潜力,本文重点分析了呼和浩特赛罕区的冻土变化特征及其对农业生产的影响,选用呼和浩特赛罕区基准气候站1991年~2023年9月到次年4月(5~8月无冻土)逐日冻土深度及逐年冻土初日和终日资料,利用统计学方法分析了呼和浩特赛罕区的最大冻土深度、冻土初日和终日变化特征,同时分析了冻土变化对农业的影响。
重复轨道法是利用测高卫星监测南极冰盖高程变化的重要方法。在利用重复轨道方法计算冰盖高程变化时,引入一种基于抗差估计的方法(insrtitue of geodesy and geophysicsⅢ,IGGⅢ)取代传统的最小二乘方法(least square,LS)。利用2019年3月至2021年12月的ICESat-2陆冰高程数据,分别采用LS方法和IGGⅢ方法在东南极Totten冰川流域进行了实验。结果表明,该流域分别呈现出-0.038±0.163 m/yr和-0.040±0.136 m/yr的高程降低趋势,说明IGGⅢ抗差估计方法能够在保留重复轨道方法高数据利用率的基础上,有效地减少异常数据被错误引入产生的误差。利用MEaSUREs ITS_LIVE高程变化产品对两种方法计算的结果进行了对比,IGGⅢ方法的结果在空间分布上具有更好的一致性。
为深入了解高原冻融区填石通风路基热量传递规律及沉降变形特征,依托新疆喀喇昆仑山区G219线冻融区新建公路工程,通过现场布设温度传感器和沉降监测点,对填石通风路基的温度变化和沉降变形进行实时监测。监测数据分析表明,填石通风路基对道路内部热量传入起到阻碍作用,并且随填土高度增加,通风路基底部出现明显的温度滞后现象,降低路基的整体沉降变形,减缓阴阳坡效应。
利用1990—2024年间的Landsat遥感影像与气象数据,文章通过多时相影像计算归一化水体指数NDWI,结合K-means聚类方法计算羊卓雍措面积,并用一元线性拟合分析其变化趋势。羊湖在1996—2004年间显著扩张,受降水和融水补给增加,输入量超过输出量;2004—2014年间则经历了明显的缩减,归因于气温升高加剧蒸发,且融水和降水输入未显著变化,导致输入量小于输出量。利用傅里叶变换分析湖泊面积时序特征,发现其变化具有低频特性。在不同时间尺度上,羊湖面积的变化受降水、气温和积雪影响的具体过程各不相同。在超过15年周期(0.03 Hz,0.06 Hz)的低频变化中,羊湖面积与降水呈弱相关性,主要受到气温升高和积雪融化的影响,涉及蒸发量的增减以及积雪融化的促进或抑制。在10~15年周期(0.09 Hz,0.12 Hz)范围内,湖泊面积变化由降水和气温共同调控,影响湖泊水量的收支平衡。气候变暖是驱动羊湖面积年代尺度上变化的主要因素。
喜马拉雅山拥有全球中低纬度带规模最大的山地冰川群,其冰川补给直接影响南亚水系水资源安全。全球变暖背景下,喜马拉雅山冰川响应存在空间分异特征,但21世纪以来冰川动态演化路径及其水文效应仍存在整体上的认知空白。本研究利用偏差校正的CMIP6气候数据集与改进型Global PyGEM-OGGM模型,综合考虑冰川动力学过程与表碛热力学效应,分析预测2000—2100年SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下喜马拉雅山冰川系统多参数响应。结果表明:(1)经偏差校正后,CMIP6多模式集合数据在喜马拉雅山的适用性显著提升(1961—2014年),气温(偏差:-0.02℃,均方根误差:0.41℃)和降水(偏差:-22.31 mm,均方根误差:136.55 mm)的模拟误差显著降低,同时基于多源卫星融合数据验证的Global PyGEM-OGGM冰川数据集(2000—2019年)在冰川质量变化时空模拟中表现优异(相关系数分别为0.59、0.99,均方根误差为0.97 Gt、0.002 Gt),证实二者可为区域气候变化与冰川物质平衡研究提供可靠数据支撑。(2)在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下,...
随着青藏高原气候向暖湿化发展,降雨对多年冻土路基水热过程的影响更为显著。路基内的裂隙为雨水快速入渗提供了通道,但现有冻土路基水热研究中却极少考虑裂隙流。因此,基于传热传质耦合理论,通过调整水分边界引入降雨与蒸发,进而分析水分入渗对存在纵向裂缝的路基水热状况的影响规律。结果表明,雨水通过裂隙渗入到路基内部,并在裂隙区形成含水率较大的区域,最大扰动范围0.6 m。降雨在增大土体含水率的同时,可使土体温度升高6~8℃。长时间、小降雨强度的模式对路基土体的升温更为显著。考虑裂隙扩展与雨水的相互作用将加速冻土退化,对于多年冻土区路基裂隙,应及时采取措施进行治理。
为研究渠基土在水分与温度变化下的力学特性与冻胀特性变化特征及在水分与温度变化下衬砌渠道的冻胀响应,本文通过对渠基土进行力学特性与冻胀特性试验,研究了不同水分、不同温度条件下渠基土力学特性和冻胀特性的变化规律。并以此为依据,采用有限元数值模拟,基于水热耦合变化,对渠基土冻胀下衬砌渠道冻胀响应进行了研究。结果表明:渠基土力学特性与冻胀特性在水热耦合下呈现出复杂性。温度差异小时,水分差异对衬砌渠道冻胀变形影响小。温度差异大时,水热耦合对衬砌渠道冻胀变形影响显著。-2℃、-12℃下,衬砌渠道最大冻胀变形相较渠道底部变形大54%、70%。温度差异越大,不同温度条件下法、切向冻胀力差距越大。-5℃下最大法向、切向冻胀力相较-2℃大175%、173%,-15℃下最大法向、切向冻胀力相较-5℃大408%、200%。水分差异相较温度差异对冻胀作用影响小。在水热耦合下,渠基土冻胀作用分布具有非均匀性特征且衬砌渠道裂缝发展与分布特征具有一定规律性。温度差异越大,不同水热条件下衬砌渠道冻胀应力差距越大。-6℃下最大冻胀应力相较-4℃大57%。-14℃下最大冻胀应力相较-6℃大183%。温度越低,水分越多,对衬...
冻土作为冰冻圈重要的组成部分,其存在分布及水热状态受到多种因素的影响。除了纬度、海拔等,局地因素如植被类型、积雪、土壤水分等也在很大程度上影响冻土的变化。特别是位于欧亚大陆多年冻土南缘的兴安-贝加尔型多年冻土,其发育、保存和分布等状态特征与局地因素密不可分。本文结合40多个钻孔资料和现有研究成果,分析得出目前大兴安岭多年冻土温度和厚度总体上受纬度影响,由南往北随年平均气温降低,冻土温度由0℃降到-2.83℃,但局地因素的影响可使地温最低达-3.6℃;厚度范围为29~130 m,其中地温低、厚度大的多年冻土主要发育在谷底的塔头灌丛湿地区域。满归、根河、伊图里河、新林等地的监测数据表明,自2009年开始,大部分钻孔温度显示该区活动层减薄,浅层多年冻土地温降低,融区最大冻结深度加深,而深层多年冻土却呈升温趋势,零地温变化率位置则各不相同,推测这种情况与全球变暖间隙以及植被、积雪和人类活动等局地因素有关。本研究对理解高纬度多年冻土区的地温变化过程以及这些变化的驱动因素具有重要的科学价值,也会对区域经济可持续发展及应对冻土退化带来的问题起到积极作用。
全球气候变暖形势严峻,温度的升高将直接导致广泛分布于青藏高原的各类含冰堆积体与冻结堆积体出现冻结区退化、热融沉降、失稳破坏等一系列工程地质问题。随着青藏地区人类生产实践与工程活动的日益频繁,这些工程地质问题将严重威胁着该地区的人民生命财产安全和重大工程建设进程。本研究建立了考虑冰水相变作用的岩土体渗流-传热-变形耦合数值模型,并通过与已有试验研究以及数值模拟研究的结果进行对比,充分验证了所搭建耦合模拟方法的有效性。基于所搭建的耦合模拟方法,聚焦帕隆藏布流域广泛分布的含冰冰碛土斜坡,结合历史气象数据和气候预测数据(SSP1-2.6与SSP5-8.5两种情景下),开展了自2020-2100年,时长80 a的斜坡多场耦合模拟与长期稳定性计算研究。结果.表明,坡体内部各深度土体在长期变暖进程中均呈现不同程度的升温,并进一步导致坡体内部冻结区出现不可逆转的退化,从而导致相应的不可逆转的热融沉降与稳定性下降现象。冻结区的退化与其相应导致的不良工程地质现象受未来不同气候演化模式影响巨大。在SSP5-8.5情景下,持续升温至2080年前后,年均大气温度共抬升了3.84℃,坡体内部开始出现冻结区不可逆的...