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期刊信息/Journal information
冰川冻土
冰川冻土

程国栋

双月刊

1000-0240

edjgg@lzb.ac.cn；　shenyp@lzb.ac.cn

0931-4967248

730000

兰州市东岗西路320号 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所《冰川冻土》编辑部

冰川冻土/Journal Journal of Glaciology and GeocryologyCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是我国冰、雪、冻土和冰冻圈研究领域唯一的学报级期刊，支持在冰、雪、冻土和冰冻圈及全球变化基础研究和应用研究中具创造性，高水平和面向国民经济建设的新思想，新观点,新方法和新学说，为寒区国民经济建设服务。内容有：冰、雪、冻土的性质、过程及其控制；冰冻圈的资源与环境；冰冻圈与其他圈层的相互作用；寒区水文水资源； 寒区生态与建设；全球变化；寒区工程与减灾、防灾；寒区生物学；先进技术的应用。
正式出版
收录年代

    基于船基图像的北极冰面融池形态研究

    邵华伟周嘉儒王庆凯张航...
    502-512页
    查看更多>>摘要：基于中国第12次北极科学考察期间获取的船侧倾斜拍摄海冰图像，研究了北极冰面融池大小和形态参数的空间分布及统计特征。应用自动检测算法将图像划分为水、冰、融池三种表面类别，经倾斜校正后计算每种类别的面积分数及单个融池的大小和形态。结果显示，融池的面积分数随纬度升高先增大后减小，较短的融化时间和较早的再冻结导致高纬度地区融池面积分数一直较低。融池的面积、周长和平均钳测直径随纬度升高具有相似变化规律，均为先增大后减小。不同大小融池面积的频率分布与幂律函数相吻合，对应指数均在1。4～1。8范围内，具有一定相似性。融池的分形维数随纬度升高分布较均匀，而周长与面积比值随纬度变化较大。不同纬度融池边缘凸度与圆形的对应值π相差较大，而各纬度融池圆度平均值为2。39±0。23;融池圆度和凸度与其面积成正比，周长与面积比值则与融池面积成反比，表明融池边缘随着融池面积增加而变得更长更曲折。冰面融池变化引起的平均海表反照率空间差异较大，随着纬度升高在0。24～0。67之间变化，变化率为0。10(° N)-1。本文研究的融池大小和形态参数可为融池演变模拟及遥感反演算法改进提供重要观测依据和地面验证。

    融池形态参数船基图像空间分布北极海冰

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    基于Sentinel-2影像的新疆冰湖制图及空间分布特征

    刘帅琪李均力李若楠都伟冰...
    513-524页
    查看更多>>摘要：在全球气候变暖的背景下，新疆的冰川迅速融化，形成了大量规模较小的冰湖。部分冰湖在短时间内迅速扩大，并可能引发溃决洪水，提高对这些小型冰湖的制图精度对深入了解冰川冰湖灾害机理至关重要。本文基于Sentinel-2影像和DUNet语义分割模型生成2022年新疆冰湖数据集，并结合历史冰湖数据分析了冰湖的空间分布特征。结果表明，大(>10 hm²)、中(>1～10 hm²)、小(≤1 hm²)型冰湖的制图平均误差分别为2。29%、10。02%、27。71%，平均误差均小于已有的三种冰湖产品，其中面积>0。81 hm²的冰湖相对误差为18。36%。2022年新疆>0。06 hm²的冰湖数量为6 854个，总面积为200。36 km²。其中，≤1 hm²的冰湖占总数量的70。32%，>1 hm²的冰湖占总面积的92。49%。阿尔泰山区、天山西部、天山南部是新疆冰湖分布最集中的区域，也是近30年来冰湖数量增加最多的区域;在各区域中，面积≤10 hm²的冰湖数量增加最为显著。本研究可为新疆冰湖灾害预警、冰湖灾害评价提供数据支持和有效依据。

    冰湖新疆遥感空间分布特征深度学习Sentinel-2影像

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    中国阿尔泰山冰川变化脆弱性及适应能力影响因素分析

    戴玉萍王璞玉张正勇刘琳...
    525-538页
    查看更多>>摘要：冰川是冰冻圈重要的组成要素，作为我国西部干旱区重要的淡水资源，冰川变化的脆弱性与区域社会经济发展密切相关。本文以中国阿尔泰山为例，基于遥感影像分析了1990-2020年间阿尔泰山冰川变化的特征，构建了阿尔泰山冰川变化脆弱性的评估框架和指标体系，分析得到2000-2020年阿尔泰山冰川变化脆弱性的时空演变格局，并利用障碍度模型深入探析了冰川变化适应能力的影响因素。研究结果表明，在1990-2020年的近30年间，我国阿尔泰山冰川的面积和储量均减小了约20%，且不同县市冰川面积变化率存在较大的差异，青河县冰川面积缩小率最大，达到73%，布尔津县的冰川面积缩小率最小，仅为18%。阿尔泰山冰川变化脆弱性随时间呈先缓慢下降、后加速上升的趋势，区域差异在不断下降。在空间分布上阿尔泰山西北部和东部地区冰川变化脆弱性中等偏高;西南部地区冰川变化脆弱性偏低;中部地区冰川变化脆弱性在全局范围内最低。适应能力的提升能有效降低阿尔泰山地区冰川变化的脆弱性，以2010年为分界点，阿尔泰山冰川变化适应能力在前期依赖于区域经济和水资源状况的提升和改善，在后期适应能力的提升向社会公共收入与投资以及公共服务质量倾斜明显，各县市适应能力提升途径更加多元且均衡。

    冰川变化脆弱性适应能力中国阿尔泰山障碍度模型

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    基于FY-3B被动微波数据的青藏高原降尺度机器学习雪深反演

    周舟朱灵龙张永宏阚希...
    539-554页
    查看更多>>摘要：作为中国三大积雪区之一，青藏高原的积雪变化在气候系统、水文地质以及生态环境方面发挥着关键作用。已有的被动微波积雪深度反演方法存在数据分辨率低、不确定性高等问题，不适用于青藏高原复杂的山区地形。因此，本文基于FY-3B被动微波数据开发了青藏高原降尺度雪深反演模型，利用机器学习算法，将筛选后的亮温差作为参数输入，同时引入了高程、经纬度、植被覆盖度、积雪覆盖度和积雪天数等特征，最终进行了500 m分辨率的青藏高原雪深制图。结果显示，极端梯度提升XGBoost算法的决定系数(R2)和均方根误差(root mean square error，RMSE)分别为0。762和5。732 cm，明显优于支持向量回归和随机森林算法。从积雪天数、积雪覆盖度和植被覆盖度三个方面探讨了模型精度的变化，结果表明，在积雪天数为30～60 d时，模型表现良好，平均相对误差(mean relative error，MRE)最低为36。79%，RMSE为2。78 cm;随着积雪覆盖度的增加，模型的RMSE逐渐增大，在积雪覆盖度为0。25～0。50时，MRE和RMSE分别达到39。97%和3。12 cm;植被覆盖度对模型精度的影响较为复杂，可能与具体的土地覆盖类型相关，在0。25～0。50范围内模型表现出较高的精度，MRE和RMSE分别为32。77%和2。94 cm。

    青藏高原降尺度雪深反演FY3B-MWRI机器学习

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    气候变暖对吉林省降雪量与新增雪深关系的影响

    于秀晶胡誉瀚石大明胡轶鑫...
    555-564页
    查看更多>>摘要：降雪量和积雪深度的关系是降雪预报及水文气候模拟中的重要参数。本文利用吉林省50个站点1961-2021年的降水量、积雪深度、气温、风速和天气现象等气象观测资料，分析了降雪量和新增积雪深度的关系及主要气候影响因子。结果表明，在中等及以上强度的降雪过程中，吉林省新增积雪深度(D)与降雪量(S)的比值(深量比，Rds)平均为0。96 cm·mm-1;该比值存在空间差异，呈西部小东部大的分布特征，且存在明显的月际、年际和年代际变化特征，其中月际变化呈现不对称的抛物线型，12月和1月为大值时段;近60年来Rds呈减小趋势，变化速率为-0。01 cm·mm-1·(10a)-1;降雪日Rds与气温呈明显反相关关系，其中在-12～0℃的温度区间，Rds随气温上升呈明显减小趋势。气候变暖、降水量增加和风速的减小是降雪过程中降雪量与新增雪深关系年代际变化的直接原因。揭示降雪量和新增雪深的关系对于认识东北亚中高纬度降雪积雪特征及其成因具有重要意义。

    吉林省降雪量新增雪深深量比时空变化影响因子

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    单轴压缩过程中冻结砂岩的损伤局部化规律研究

    张慧梅高培雄贾海梁王婷...
    565-577页
    查看更多>>摘要：损伤局部化是岩石受荷破坏过程中的必经阶段和破坏前兆特征。本文研究冻结岩石受荷破坏过程中的损伤局部化规律，并探讨初始饱和度的影响。在-20℃下对具有不同初始饱和度的冻结砂岩试样进行单轴压缩试验，并采用数字图像相关(DIC)和声发射(AE)系统采集试验过程中的表面变形和声发射信号，分析了试样表面应变局部化模式与内部微裂纹扩展类型。结果表明:(1)初始饱和度令试样的单轴抗压强度产生阶段性变化，并改变了试样各加载阶段占比和破裂过程中的声发射振铃计数分布特征;(2)以40%初始饱和度为转折点，试样的表面应变局部化模式由拉应变为主变为剪应变为主，初始饱和度超过90%时出现了拉、剪应变同时发展的混合模式，并能与试样的最终破坏形态对应;(3)损伤局部化过程中，试样内部的微裂纹扩展类型与表面应变局部化模式基本吻合。最后，结合不同初始饱和度下冻结岩石孔隙中的相组成分变化，分析了其对冻结岩石损伤局部化模式的影响。本研究有助于加深研究人员对冻结岩石力学性质的认识，为寒区岩石工程破坏与失稳预测提供重要参考。

    冻结砂岩初始饱和度损伤局部化单轴压缩应变局部化微裂纹扩展

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    基于细观结构演化的冻结砂岩热融软化规律研究

    贾海梁王振阳赵涛孙强...
    578-591页
    查看更多>>摘要：冻结岩石热融过程中强度会出现软化，是最易发生破坏的阶段。研究冻结岩石的热融软化规律对冻结地层解冻过程中的稳定性和安全性评价至关重要。本文开展了不同融化温度下冻结岩石的单轴压缩试验，在还原岩石孔隙结构及对细观参数进行精确标定的基础上，利用颗粒流软件(PFC2D)模拟了冻结岩石的压缩破坏过程。基于微裂纹起裂规律和微裂纹扩展规律分析，探讨了孔隙冰对冻结砂岩热融软化规律的控制作用。研究结果表明:(1)冻结岩石的强度、弹性模量等参数均随着温度的升高呈两阶段变化趋势，在-4℃至-2℃之间存在某一温度，使得试样的强度及变形参数发生骤降。(2)当温度低于-15℃时，微裂纹的起裂扩展主要由矿物颗粒之间的接触强度控制;当温度在-2℃和-15℃之间时，主要由冰颗粒之间和冰-矿物之间的接触强度控制;而当温度大于-2℃时，则主要由冰颗粒之间的接触强度控制。(3)通过分析孔隙冰在冻结岩石受荷破坏过程中所起的"支撑作用"和"黏结作用"，发现在-6℃至-4℃之间，冰颗粒之间黏结强度和冰-矿物黏结强度均迅速衰减，导致冰的支撑和黏结作用弱化，是该温度区间力学性质快速弱化的本质原因。

    冻结岩石热融软化细观结构微裂纹扩展PFC2D

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    冻结过程中非饱和粗粒土水汽迁移及变形演化数值模拟研究

    李成艳张玉芝蒋薇王玺...
    592-601页
    查看更多>>摘要：非饱和粗粒土冻胀是季节冻土区路基工程的主要灾害原因。为探究非饱和粗粒土的冻胀变形规律，针对其冻胀过程特点，基于达西定律和傅里叶定律，本文提出一种描述温度变化作用下适用于非饱和粗粒土水汽迁移的数值模型。该模型综合考虑了冰水相变和水汽迁移对土体冻胀变形的影响，对比数值模拟结果与室内试验结果，验证了模型的合理性与可行性。通过气态水通量和液态水通量分析冻结过程中蒸汽在水分迁移中的作用，并利用数值试验进一步探究在不同温度梯度作用下粗粒土水汽迁移和冻胀变形规律的变化特征。研究表明，在粗粒土冻结过程中，在土柱冻深范围内，气态水有明显的向上迁移趋势，对土体的冻胀有重要贡献。数值试验中发现，不同冷端温度作用对土样温度变化、含水率变化均产生影响，同时对水汽迁移变化和冻胀变形有显著影响。在不同冷端温度作用下，高度为20 cm的试样均在高度3 cm左右达到最大含水率，表面最大冻胀量可达约4 cm。

    非饱和粗粒土数值模型冻胀变形水汽迁移

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    高频冻融循环作用下冰碛土强度劣化预测模型的研究

    范金珂岳祖润韩子豪孙铁成...
    602-611页
    查看更多>>摘要：为探究高频冻融循环对冰碛土力学性质的影响，并建立高频冻融循环作用下冰碛土强度劣化的预测模型，以高寒高海拔地区冰碛土为研究对象，通过室内高频冻融循环试验及不固结不排水三轴试验，探究高频冻融循环次数和初始含水率对冰碛土破坏强度的影响规律，并基于试验数据和BP神经网络建立相应的预测模型，同时引入群智能优化算法对模型进行改进。研究结果表明:(1)高频冻融循环作用对冰碛土强度有着很大影响，在不同试验条件下，冰碛土强度劣化范围为30%～40%，且经过15～20次高频冻融循环后冰碛土强度劣化趋于稳定。(2)利用SSA-BP神经网络模型可反映高频冻融循环次数、初始含水率、围压与冰碛土破坏强度之间复杂的非线性关系，且预测误差明显小于BP神经网络模型，预测结果更加准确。(3)将SSA-BP神经网络模型与线性拟合采用的Logistic模型对比验证发现两者吻合度较高，进一步说明了SSA-BP模型的准确性。研究成果可为高寒高海拔地区的工程稳定性评价提供重要参数。

    冰碛土高频冻融循环破坏强度SSA-BP

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    基于超声波速的冻融盐渍土强度预测模型构建

    赵辉伟邴慧
    612-624页
    查看更多>>摘要：现有宏观控制因素作用下对冻土宏观强度的研究主要采用试验手段，在实践中已取得较好的成果。室内外试验普遍存在试验周期长、成本高的特点，随着新技术手段的涌现，探索更为简便的方法和构建预测模型，成为了科研工作者长期努力的方向。同时宏观控制因素对冻土宏观强度的影响借助土体内部特征这一媒介发挥作用。由于超声波是岩土介质物理力学性质等相关信息的良好载体，利用超声波检测具有的无损、快速、简便等特点，可反映土体内部特征。因此，本文从两种思路出发，设计出包含不同类型参数的强度预测模型:思路1，宏观控制性因素到宏观强度特性;思路2，宏观控制性因素到超声波速反映的土体内部特征再到宏观强度特性。基于此，首先通过试验获取不同含盐量土体经历不同冻融循环次数的超声波速和单轴抗压强度作为基本数据，再将思路1参数设置为试验控制变量，将思路2参数设置为纵、横波速构造的超声特征参数群，即联合两思路参数作为模型输入，建立单轴抗压强度的BP神经网络预测模型，并采用缺省因子检验法评估该模型。结果表明，随冻融次数、含盐量增加，单轴抗压强度总体减小;冻融初期波速波动明显，中期趋缓，后期恢复至初始值附近，且控制性因素作用下强度随波速增加呈阶梯式下降状态。而将经灰色关联度及粗糙集优化的思路2参数作响应土体内部特性的最优子序列建立的BP模型，平均绝对误差小于0。05 kPa，决定系数大于0。96，各参数敏感性指数平均为1。4251。同时敏感性分析成功验证了控制性因素、最优子序列在模型构建过程的假设地位，单个控制性参数对单轴抗压强度的影响大于单个超声特征参数。此外，模型精度较高、实用性较强，可为冻土模型的强度预测及参数选取提供参考。

    BP神经网络模型超声特征参数群冻融盐渍土强度预测

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