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题名	青藏高原多年冻土活动层的冻融过程以及季节冻土的变化
作者	赵林
学位类别	博士
答辩日期	2004
授予单位	中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
授予地点	中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
导师	程国栋
其他题名	The Freezing-Thawing Processes of Active Layer and Changes of Seasonally Frozen Ground on the Tibetan Plateau
中文摘要	基于对青藏公路沿线多年冻土活动层监测资料中子水分观测资料分析，重点讨论了青藏高原活动层冻融过程中的温度、水分、热量及水热祸合特征和变化过程，进而利用目前国际上较为成熟的SHAW模型开展了活动层及其与大气、植被的水热交换过程的模拟。最后通过气象观测资料的分析，研究了高原多年冻土周边地区的气候和季节冻土的变化过程，主要结论如下：1．对不同植被类型区的活动层冻融过程进行了分析，得出：高寒草甸、沼泽草甸、和草原区监测点处的冻融过程较为典型，冻结过程线完成了从地表逐渐向下深入-稳定-上升-回到地表整个连续曲线过程，而在高寒沙化草原区（多年显著冻土退化区），由于融化夹层的存在，融化过程线与冻结过程线相互分离，被融化夹层分离。2．活动层的融化过程持续时间远较冻结过程持续的时间长，而整个冻融过程持续时间与多年冻土的状况、活动层厚度、活动层水分含量有关，多年冻土厚度越大，冻融过程持续时间越长。活动层融化和冻结结束的日期的早晚与多年冻土的稳定状况有关，稳定性越高，活动层融化过程结束越晚，而冻结过程结束的越早。3．依据活动层不同深度处的地温随表层温度的变化过程对活动层的冻融过程进行了阶段划分，不同深度土层的融化过程可以被划分为冻土的升温阶段、融化阶段和融土升温阶段，而冻结过程被分为融土降温阶段、冻结阶段和冻土的降温阶段，各个阶段的地温基本上与表层温度呈线性关系。总体来说，随着深度的加大,融土的升温和降温阶段逐渐消失；但对于多年冻土已经强烈退化的高寒沙化草原区，冻融曲线与其它植被类型区的差异较大，其主要原因是融化夹层的影响所致。4．多年冻土上限处年均温度与日均温年较差间存在很好的负相关关系，年均温度越低，其的年变化幅度越大，多年冻土也越稳定。基于这样的关系得出，伴随着多年冻土的退化，植被类型可能的转化过程为：沼泽草甸-草甸-草原-沙化草原。5．依据活动层中的温度和水分的动态变化过程对活动层的冻融过程进行了划分，即夏季融化过程（ST）、秋季冻结过程（AF）、冬季降温过程（WC）和春季升温过程（SW）。其中在夏季的融化过程和秋季的冻结过程，活动层中的水热耦合特征较为复杂，水分的迁移量极大，而在其余两个阶段，活动层中的水分迁移量较小，热量主要以传导性方式传输。在不同的冻融阶段，活动层中的水热耦合过程伴随着水分输运的不同方式而发生变化。经过整个冻融过程后，活动层底部，也即多年冻土上限附近的水分含量趋于增大，这也是多年冻土上限附近厚层地下冰发育的主要原因。6．基于前人在实验室试验研究的经验公式，通过对四个监测场点活动层中未冻水含量与温度的关系的统计和对活动层冻融过程中的未冻水含量变化过程的分析，指出，在冻结状态下，除温度条件外，土壤颗粒组成是控制未冻水含量的主要因素，而在融化状态下，区域水文地质条件则在活动层水分分布特征方面起着决定性的作用。冻融过程中，活动层中水分相变过程中存在突变现象，这导致了土壤中热量的土壤释放或吸收，从而引起了温度的突变。7．冻融过程的不同阶段活动层中的水分迁移状况不同，其中夏季融化过程中，活动层中的水分主要以向下迁移为主；冻结过程中，由于活动层中部的温度高，而上部和下部的温度低，水分向两端迁移，降温过程中，水分向活动层上部迁移，而在升温过程中，水分又向下部迁移。活动层的整个冻融循环中，夏季融化过程和秋季冻结过程是水分迁移量大、水热耦合作用强烈的时期，也是多年冻土上限附近地下冰的重要形成时期；而在冻结阶段，由于温度梯度驱动的未冻水迁移量也较大。8．冻融过程的任何阶段只要活动层中有水分的迁移或状态的变化（相变），无不同时发生着热量的传输，活动层中的水分迁移主要包括：重力作用驱动的自由水运移、毛细作用力驱动的毛细水迁移、冻结的土壤中由温度梯度驱动的未冻水迁移、不饱和土壤中由于温度梯度或（和）渗透梯度差异的驱动的水汽蒸馏和对流等，冻融过程的不同阶段，水分迁移的方式不同，水热的耦合特征也不同。计算结果表明，不同植被类型区活动层中参与冰－水相变的水量差异不大，每年每平方米地面下活动层中将有0.3～0.4m3的冰－水转化，吸收或释放约1 10MJ／m2的热量，最后指出，活动层的冻融过程降低了地温的年变化幅度。9．SHAW模型可以较好的模拟活动层中的温度变化过程，但对水分变化的模拟出入较大，但仍然可以较好的模拟出了活动层中水分的，总体变化趋势，从而使得模型在分析活动层动态过程与大气间的水热交换方面有一定可信度。依据模型的模拟结果，初步分析了活动层与大气中的水、热交换状况，可以看出，冻融过程的不同时期，活动层与大气的水热交换量存在极大差异，从而使得多年冻土对大气的反馈作用在冻融过程的不同阶段不同。10．在过去的30余年中（1967-1997），青藏高原的气候变暖和季节冻土的退化均较为显著。不同地区气候变暖的幅度不同，其中高原东北区年均气温的变暖要高于高原其它地区，高原东南部的气候相对较为稳定。尽管存在区域差异，总体来说，整个高原冬半年气温的升高幅度要明显比夏半年显著，高原北部地区冬半年的升温幅度高于高原南部，而夏半年高原东部和腹地地区的升温高于西部地区。高原西北区、腹地区和东南区的年降水量在增加，而东北区却略现减少。11．高原周边地区季节冻土的变化与气候的变暖趋势有一定差异且更为复杂。季节冻土越厚，冻结深度的变化越显著，变化最显著的地区为高原腹地，其次依次为东北、西北和西南区。冻结深度的变化与冬半年平均气温有着较好的相关关系，可以认为，冷季气温较大幅度的升高是冻结深度减薄的主要原因。12．高于腹地和东北区季节冻土的持续时间至少缩短了20天，而在西北和东南区则较为稳定，与冻结起始日期的变化相比，春季融化结束日期的提前更为显著。13．与气候变暖相比，地表温度的升高更为显著。与冬季气温的升温更为显著相反，夏季地表温度的升温现象更为显著，且高原北部的地表温度升高幅度大于高原南部，其中在四个区中，高原腹地的地表温度最为稳定。
语种	中文
公开日期	2013-08-22
页码	98
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.casnw.net/handle/362004/22022]
专题	寒区旱区环境与工程研究所_研究生学位论文_学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	赵林. 青藏高原多年冻土活动层的冻融过程以及季节冻土的变化[D]. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所. 2004.

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