积雪是北疆地区季节冻土冻融循环的主要控制因素，季节冻土又通过改变浅层土壤的冻融相态来影响积雪融水的下渗，但该地区消融季浅层土壤的冻融状态并不清楚，致使难以从机理层面准确评估积雪和冻土协同对土壤水分的调节作用。为此，本研究基于1961—2011年阿尔泰山地区6个气象站点的积雪与冻土地面监测数据，应用高斯模型和玻尔兹曼模型进行分析，在划分多雪年、少雪年和正常年的基础上，分析了北疆地区积雪和季节冻土的基本特征，详细探讨了消融期浅层土壤的冻融状态。结果表明，该地区各站点的多年平均积雪持续期为123.2 d，多年平均最大雪深为29.7 cm；季节冻土多年平均冻结期为150.9 d，平均最大冻结深度为120.3 cm。总体上，积雪呈现增加趋势，主要表现为雪深的增加；而冻土则呈现退化趋势，主要体现在冻结期缩短和最大冻结深度减少。不同类型积雪年冻土融化结束时间和积雪消融结束时间的对比分析显示，70%的多雪年和60.5%的正常年冻土融化结束时间分别比积雪消融结束时间早8.2 d和5.5 d；而少雪年冻土融化结束时间则比积雪消融结束时间晚13.2 d。总体上，所有站点的结果表明，随着积雪的增加，消融期季节...
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。
以南疆季节性冻土地区为研究背景,设置冻融期自然裸地土壤和温棚土壤2种处理,对比分析2个处理下土壤水热的监测数据。结果表明,温棚能减少热量散失,季节性影响不明显,土壤水热空间分布变化小,表层土受蒸发作用和土壤入渗影响,水热较低。自然裸地中土壤水热迁移规律受冻融条件(土壤冻结状态、气温等)影响较大,土壤水热存在影响与制约关系。冻结前浅层水热较小,随土深递增且变幅明显,深层土对太阳辐射影响明显滞后,水热波动小易保持温度且相对较高。冻结期水热均值为最低值,土壤水分高值区整体向下移动约15 cm,冻土层水分蒸发小,可积蓄水量,土壤冻结锋面随地表负温的降低向下迁移,同时水分带动下层土壤盐分向冻结层迁移。消融期土壤温度随土深减小,土壤表层水分下渗同时受蒸发作用大量散失,含水率仅为8.2%,水分高值区集中于30～70 cm且为冻融期最大。土壤含水率的增加抑制了土壤温度的提升,土壤冻结速率慢,时间长,融化速率快,融化时间短。
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。
为深入揭示坡面冻土水分运移规律及其主要影响因子,以青藏高原巴颜喀拉山北坡为例,结合冻融变化过程,研究不同地形条件冻土土壤水分空间变异特征,利用分类回归树模型(CART)和典范对应分析(CCA)识别影响坡面冻土土壤水分空间异质性的主控因子及其相互作用关系。研究结果表明:1受坡面地形与冻融过程影响,冻结期坡面冻土土壤水分侧向流动减弱,以垂直迁移为主,上坡位含量高于下坡位,反之,融化期上坡位含量则低于下坡位。2影响坡面冻土土壤水分的主要环境因子为高程、土壤质地、土壤温度和植被覆盖度,但在不同冻融阶段下其影响因子存在差异,在冻结状态下主要因子为高程、土壤质地和土壤温度,其相对贡献率分别达到19.97%、19.45%和9.56%;在融化阶段下主要因子为高程、植被覆盖度和土壤质地,其相对贡献率分别为37.4%、14.9%和10.7%。3 0～20 cm浅层深度上影响坡面冻土土壤水分的主要因素为坡度、高程和植被覆盖度,其相关系数分别高达0.941 2、0.903 9和0.563 1;中下层深度上其主要影响因素较为复杂。
利用黑龙江省水利科学研究院水利试验研究中心综合实验观测场2011年11月-2012年4月整个冻结融化期的实测野外黑土耕层土壤温度和水分数据,对中-深季节冻土区黑土耕层土壤冻融过程中冻结和融化特征分阴、阳坡进行了分析,研究了冻融过程中不同深度土壤水分的变化情况,并探讨了降水对不同深度耕层土壤含水量变化的影响.结果表明:黑土耕层土壤冻结融化过程分为5个阶段,历时164 d,约5.5个月.阶段I,秋末冬初黑土耕层土壤开始步入冻结期;阶段II,黑土耕层土壤整日处于冻结状态,阴坡比同样深度的阳坡土壤温度低;阶段III为黑土耕层土壤稳定冻结期;阶段IV,黑土耕层土壤步入昼融夜冻的日循环交替状态,冻融循环的土层逐渐向深部发展,阳坡比阴坡融化得更深、更早,阴坡比阳坡经历冻融循环次数更多;阶段V为稳定融化期,在融化过程不存在冻融交替的现象,直到整个冻层内的土壤全部消融.各深度位置阴坡土壤温度的最高值出现时间比阳坡晚约0.5h.经过整个冻结融化期后,阴、阳坡各层土壤含水量均大于冻结前,阴坡土壤含水量比阳坡整体偏低.在整个冻结融化期,阳坡地下1 cm、5 cm、10 cm及15 cm处含水量最大值出现在地下...
冻土与未冻土中的介电常数和温度物理参数有一定的差异,且差异在数值上较明显。基于这一特性,提出了利用空气、固态土、水和冰物理特性存在差异的原理检测冻土的方法,设计了一种电容式冻土测量传感器,实现了土壤水分、地温及冻土深度多参数融合测量。通过与人工测量的冻土深度进行对比分析,结果表明:其相关系数达到了0.99,平均绝对误差小于2.5 cm,满足冻土自动测量技术要求,可应用于冻土观测站,代替人工观测。
为了揭示青藏高原高寒地区土壤冻融过程对地表-植被-大气三者之间能量-水分循环的影响,在青藏高原风火山左冒孔流域(长江源)开展了不同植被盖度条件下冻土活动层水热状态的野外观测(在30%、60%、90%的草甸盖度下观测分层土壤水分及温度)和相关试验.选取考虑了积雪、植被覆盖及枯枝落叶层对土壤冻融影响的水-热-盐分耦合模型SHAW为动力学约束模型,进行参数率定及其模拟计算.结果表明:青藏高原地气间的能量交换主要受冻土、植被生长和地表土壤含水量的影响,并且呈明显的季节性变化;未退化高寒草甸草地对青藏高原冻土具有明显的隔热保温作用,可以降低冻土对气候变化的响应.在土壤活动层冻结过程期间,土壤水分具有向表层和深层两向分流汇聚的特征,植被覆盖变化对水分运移通量有明显影响.
