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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

    拉萨河源廓琼岗日冰川流域降水δ18O变化特征及影响因素

    杨佳馨德吉姚檀栋曲冬梅...
    1715-1727页
    查看更多>>摘要：降水氢氧稳定同位素(δ18O和δ2H)作为水循环过程的有效示踪剂,可以揭示水汽来源和水汽传输路径.为了认识季风和西风水汽来源对拉萨河源廓琼岗日冰川流域降水δ18O的影响,利用2020年7月-2023年7月期间在廓琼岗日3个采样点收集的347个事件降水样品,研究了该区降水δ18O的变化特征、大气降水线及其与气象要素和对流活动的关系.结果发现,研究区内冰川末端(海拔5 544.5 m)、流域源头(海拔5 374.0 m)和流域出口(海拔4 941.3 m)3个采样点2020年7月-2023年7月期间的温湿度、降水量差异较小;并且在2020年7-8月期间,3个采样点降水δ18O和降水线均相近,反映了廓琼岗日冰川流域内部气候差异较小.分析流域出口处2020年7月-2023年7月期间降水δ18O显示,日尺度降水δ18O以6月中旬为界,前一阶段较高,后一阶段较低;月尺度降水δ18O极高值在6月,极低值在9月.流域内季风期降水线的斜率和截距(8.12、11.78)明显小于非季风期(8.79、23.18),反映了季风期降水的水汽来源地具有较高的相对湿度;全年范围(8.27、15.10)和季风期降水线的斜率和截距更相近,可能与该流域内季风期降水占全年降水比例较大有关.廓琼岗日冰川流域季风期降水δ18O在月尺度上呈显著的温度效应,全年范围降水δ18O在日尺度上呈显著的降水量效应.降水事件前1～6天的对流活动对降水δ18O具有贫化作用,并且其影响在季风期较明显.后向轨迹追踪表明,印度季风携带的水汽为该区域带来了几乎全年的降水,季风会使该区域降水δ18O逐渐贫化.以上研究内容初步揭示了青藏高原南部高寒山区降水δ18O的变化特征及其影响因素,可为高寒地区水循环研究提供基础资料.

    廓琼岗日降水δ18O局地大气降水线气候因素对流活动水汽来源

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    基于探地雷达测量的青藏公路多年冻土区热棒路基降温效果分析

    景晶晶吴志坚丁万鹏张晓华...
    1728-1740页
    查看更多>>摘要：青藏高原气候暖湿化加剧了多年冻土退化速率,影响公路、铁路等基础设施稳定性.热棒技术具有主动单向降温特点,已广泛应用于我国青藏高原和东北部的多年冻土地区.现有研究多采用数值仿真或钻孔测温方式分析热棒技术的降温效果,随着地球物理探测技术的发展,探地雷达技术为冻土工程领域提供了一种连续且无损的新研究方法.本文以青藏公路沱沱河至唐古拉山垭口段为研究区,采用探地雷达技术研究热棒技术对路基的降温效果.在道路病害调查的基础上,选取双侧单排直插热棒路基、单侧单排斜插热棒路基和相邻未处治冻土路基三处典型路段,采用探地雷达技术探测分析路基结构损伤和下伏冻土分布情况,结合现场考察评价不同热棒布设方式对冻土路基降温效果的影响.结果表明降温效果:双侧单排直插热棒路基＞单侧单排斜插热棒路基＞未处治路基.双侧单排直插热棒路基下伏多年冻土层分布具有良好的连续性,与路侧天然地表相比冻土上限提升0.47 m,其上路基结构完整;单侧单排斜插热棒路基下伏多年冻土层连续性一般,冻土上限与路侧天然地表相比较为接近,其上路基结构存在结构疏松和裂隙区域;未处治路基下伏多年冻土层分布连续性较差,冻土退化明显,冻土上限较路侧天然地表退化0.80 m,其上路基结构存在大面积疏松和局部积水.同时,冻土退化会诱发道路工程病害,对比发现单侧单排斜插热棒路基和未处治路基冻土退化路段,路基结构疏松和裂隙发育,不均匀沉降和路面裂缝、坑槽等病害多发.探地雷达测试能够较好地呈现道路下伏多年冻土的分布情况和路基结构损伤特征,分析路面病害机理,为公路大中修方案提供科学依据.分析表明热棒技术可以有效减缓路基下伏多年冻土的退化速率,但不同的布设方式对热棒的降温效果有一定影响,常规的热棒布设方式无法满足高边坡路基的降温需求.因此,针对路基热状态和结构特征,科学合理地开展热棒路基设计、规范施工和有效运维,对提高路基下覆多年冻土上限,减少或减缓路基热融病害,提升公路服役性能和水平,具有重要的现实意义.

    多年冻土青藏公路热棒探地雷达

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    南极内陆气候条件下气象塔的结构强度分析及其对风速测量的影响

    温海焜周纬田彪张文千...
    1741-1748页
    查看更多>>摘要：南极气象监测对于全球气候变化研究具有重要意义,近年来各国对南极气象的监测愈发重视,在南极建立的自动气象站也越来越多,越来越深入内陆.自动气象站的工作环境存在着气候恶劣、长期无人值守等困难条件,因此对气象塔的结构强度和稳定性有着较高的要求.本文对气象塔的结构强度及其对风速测量的影响进行了研究.使用前期实测得的南极泰山站的较大风力日 2017年7月17日24小时的气象数据进行流固耦合的分析,在计算尺度系数为20的情况下循环一个月最小安全系数仍有1.065,说明气象塔目前的结构有着良好的疲劳寿命,保证了气象塔在无人值守的情况下能长时间提供南极气象数据.通过对其屈曲稳定进行分析,得到其在50m·s-1的大风天气下最小安全系数仍有3.8016,说明了气象塔在南极大风天气下仍可以保持稳定.对气象塔在不同风速下的工作情况进行仿真模拟,得到其相对于原本风速的最大平均偏差仅为1.37％,说明了气象塔的结构对风速传感器的测量数据的影响小,保证了其监测得到的南极气象数据的可靠性.

    南极气象塔流固耦合风致疲劳

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    南大洋及南极大陆上空气溶胶铁的研究进展

    曹熠徐国杰陈立奇
    1749-1766页
    查看更多>>摘要：铁(Fe)是重要的海洋微量营养要素,是影响海洋浮游植物生长和碳吸收的重要因素.南大洋是世界上最大的"高营养盐、低叶绿素"海区,由于常年铁缺失,虽营养盐较高但初级生产力很低.因此,大气中的铁输入可缓解南大洋的缺铁营养要素限制,进而提高海洋生产力,促进海洋对二氧化碳的吸收,并影响全球气候变化.本文总结了近年来南大洋及南极大陆上空气溶胶铁的研究进展,包括以下几个方面:(1)厘清大气气溶胶铁的形态、浓度和溶解度的分布特征及其溶解度影响因素.大气气溶胶中总铁的观测浓度范围为0.1～150 ng·m-3,总铁可分为生物活性铁与不溶性铁,而生物活性铁包含可溶性铁与不稳定铁两种形态;可溶性铁主要有Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)两种形态,二者含量差异较大,且受季节变化影响;铁的溶解度分数变化范围较广,为0.01％～90％,受大气老化过程(包括酸溶解过程、有机络合过程、光还原溶解过程和云过程)和气溶胶铁的自身特性(如粒径大小、比表面积)以及气团来源等因素影响.(2)探索大气气溶胶铁的来源,包括矿物粉尘源、生物质燃烧源、化石燃料燃烧源以及南极本地源.矿物粉尘源是大气气溶胶铁的主要来源,随着人类活动加剧和工业化发展,大气气溶胶人为源铁沉降对南极可溶性铁含量的贡献持续增加.同时,随着海冰融化加速导致开阔无冰海域面积扩大,南极大陆铁源也需引起重视.(3)探讨大气气溶胶铁的沉降通量并评估南大洋对大气沉降过程的响应.总铁沉降通量为1.31×10-6～297.33×10-6g·m-2·a-1,南大洋对大气沉降响应敏感,例如2019年澳大利亚林火引起气溶胶中可溶性铁含量显著增加,造成了以浮游植物快速生长为标志的藻华现象.此外,基于目前研究现状进行了展望,可为今后南大洋及南极大陆深入开展大气气溶胶铁的相关研究提供基础参考.

    铁大气气溶胶溶解度沉降通量南大洋

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    基于ICESat-2的2019-2022年斯瓦尔巴群岛跃动冰川表面高程变化研究

    燕金凤苏晓莉罗志才
    1767-1779页
    查看更多>>摘要：斯瓦尔巴群岛是全球对气候变化最为敏感的地区之一,受北极放大效应影响,该地区的冰川正在经历显著的萎缩.已有研究表明,斯瓦尔巴群岛冰川质量亏损正在加速,但目前对该地区跃动冰川造成的总体冰量损失尚不明确.本文利用高精度ICESat-2激光测高数据,采用改进的分类方法对2019年3月至2022年6月斯瓦尔巴地区冰川表面高程变化进行了研究.结果表明:2019-2022年斯瓦尔巴地区冰川整体表面高程呈现下降趋势,平均表面高程变化率为(-0.94±0.23)m·a-1,对应的体积变化趋势为(-31.62±7.73)km3·a-1.其中,跃动冰川面积约占22％,跃动冰川的体积变化趋势为-13.23 km3·a-1,占该地区冰川总体积变化趋势的42％,因而跃动冰川变化是导致该地区总冰量减少的主要原因之一.斯瓦尔巴地区面积最大的潮水跃动冰川,Storisstraumen,在过去20年间其面积扩大了约284 km2;在本文研究时段内,其体积变化趋势为-5.67 km3·a-1,占该地区总冰体积变化趋势的18％,该地区气温的升高很可能加剧了 Storisstraumen冰川的跃动,目前该冰川仍处于跃动期.本文不仅揭示了 2019-2022斯瓦尔巴地区冰川的表面高程变化特征,同时量化了跃动冰川在整体冰川体积变化中的贡献,这可为更深入理解该地区冰川变化动态提供依据.

    斯瓦尔巴表面高程变化冰川跃动ICESat-2

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    人类活动对青藏高原最暖夏季极端温度的影响

    尹红孙颖王东阡
    1780-1789页
    查看更多>>摘要：气候变暖导致了青藏高原冰川退缩、冻土消融,对自然生态系统造成了严重的影响.近年来高原变暖持续加剧,2022年经历了 1961年以来最暖的夏季,青藏高原中东部区域夏季平均最高气温(Tmax)和最低气温(Tmin)比1961-1990年分别增暖了 2.37 ℃和2.51 ℃.本研究利用模式评估和重建相结合的方法,揭示人类活动对青藏高原地区极端温度事件的影响,并预估未来的变化.研究表明:人类活动排放的温室气体增加了青藏高原2022年夏季发生极端高温事件的概率,极端Tmax事件在人类活动影响和自然因子影响下发生的概率分别为3.67％和0.012％,人类活动对2022年夏季极端Tmax事件贡献为1.26 ℃(0.86～1.68 ℃);极端Tin事件在有人类活动影响下发生概率为23.5％,而在自然因子影响下没有检测到发生类似强度的事件.人类活动对2022年夏季极端Tmin事件贡献为2.35 ℃(1.89～2.81 ℃).CMIP6模式低估了青藏高原地区观测到的气温变化,基于归因约束方法校准了模式对观测的模拟偏差,预估显示,在共享社会经济路径中等排放情景下(SSP2-4.5)青藏高原夏季平均最高气温和最低气温未来将继续增加,未来青藏高原发生类似2022年极端高温事件风险不断增大.

    青藏高原极端气温人类活动CMIP6

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    2013-2023年中国冰川物质平衡研究进展

    李江魏光辉钟康正徐丽萍...
    1790-1799页
    查看更多>>摘要：基于已有研究的综述和近期工作,收集和梳理了 2013-2023年冰川物质平衡已有成果,归纳得到了目前常用的冰川物质平衡研究方法及模型,并总结了我国冰川物质平衡研究现状.结果表明:目前常用的冰川物质平衡研究方法可分为三类,分别为传统冰川学方法、影像大地测量法及卫星重力监测法.此外,还有一种以建立物质平衡(冰川积累和消融代数和)与气象要素变化之间关系为核心的冰川平衡模式,这种基于能量平衡方程的模式称为冰川物质平衡模型,在研究中可将其分为三类,分别为冰川平衡半经验模型——度日因子模型、能量-平衡模型以及冰流模型、物质平衡模型的耦合模型——开放全球冰川模型(OGGM).在全球气候变暖的影响下,中国冰川整体呈现负平衡趋势和区域差异性.其中,祁连山老虎沟12号冰川物质亏损尤为强烈,1991-2020年累计损失-71 760 mm w.e.;昆仑山区域早期物质平衡相对稳定,后逐渐出现负平衡,马兰山东段冰川于2000-2020年累计损失-300～-180 mm w.e.;天山区域整体受气温影响较大,负平衡趋势显著,玛纳斯河流域内冰川在2000-2016年间累计损失-9 811.19 mm w.e.,天山乌鲁木齐河源1号冰川在1956-2016年间累计损失-17 351.5 mm w.e.;唐古拉山区域物质平衡变化与昆仑山区域变化相似,但其负平衡较昆仑山区域更为显著,冬克玛底河流域内冰川在1966-2015年内累计损失-7 550 mm w.e.;喜马拉雅区域冰川有轻微负平衡状态,羊卓雍措两岸冰川在1987-2021年累计损失-930 mm w.e.;阿尔泰山冰川整体为负平衡状态,2000-2010年的亏损程度要大于2010年后的亏损程度.

    冰川物质平衡研究进展模型模拟法大地测量法

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    2021年11月两次黄淮气旋引发的东北地区暴雪过程对比分析

    杜晓丹赵宇赵玲
    1800-1815页
    查看更多>>摘要：受黄淮气旋影响,2021年11月7-9日和21-23日在我国东北地区分别出现了两次暴雪天气过程.为寻找监测指标,改进预报技术,本文利用常规观测、FY-4A红外云图,结合欧洲中期天气预报中心(ECMWF)0.25°×0.25°逐小时的ERA5再分析资料,对这两次暴雪过程进行了对比分析.结果表明,前者是黄淮气旋单独北上,气旋路径偏西,在东北地区停留时间长,强降雪范围大,出现了雨、雨夹雪和雪等复杂降水相态;而后者是黄淮气旋与蒙古气旋合并,气旋路径偏东,在东北地区停留时间短,强降雪范围小,以纯雪为主.两次过程的云系演变均呈现Shapiro-Keyser气旋发展模式,具有暖锋后弯和锢囚包卷特征,前者宽广的暖锋云系控制内蒙古东部和东北地区,导致大范围强降雪,而后者暖锋云系在东北地区东部,造成强降雪范围小;降雪强度与反射率大于30dBZ的中尺度降水区的强度和持续时间密切相关.两次暴雪过程的水汽和热动力条件有很大不同:前者受热带扰动外围水汽输送的影响,有2条水汽通道,输送来自日本海、黄海和东海的水汽,而后者只有1条水汽通道,输送来自日本海的水汽;前者的水汽辐合、暖平流和锋生都强于后者,因此较后者有更强的降水.两次过程中东北地区西部整层温度一直低于0 ℃,以降雪为主,而7-9日过程吉林东部和辽宁东部冷空气影响前地面温度较高,为降雨,有些地区地面温度虽然低于0 ℃,但900～800 hPa出现暖层,冰晶融化,出现雨夹雪和冻雨,冷空气主力下来后转雪.本文通过对比分析这两次暴雪过程,尝试寻找黄淮气旋暴雪的预报监测指标,可为黄淮气旋暴雪预报提供参考.

    暴雪黄淮气旋暖锋后弯水汽降水相态

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    基于近场动力学的土冻结过程热传导模拟

    鲁洋穆彦虎王建郑军威...
    1816-1827页
    查看更多>>摘要：寒区冻土工程在极端气候下面临挑战,土壤温度变化威胁工程结构稳定和安全,准确预测温度变化对工程安全至关重要.由于土壤冻结涉及材料相变,模拟预测中会出现非连续问题,基于连续性假设的热传导模型和局部偏微分方程的传统数值方法在求解该类问题时常产生奇异性.为此,本文引入近场动力学微分算子(PDDO),将经典连续介质力学中的偏微分方程转化为非局部积分形式,并基于热焓法建立相变热传导模型.选取不同近场范围模拟二维热传导过程并与解析解进行对比,确定在近场范围δ=3Δx时具有较高精度.选取不同相变材料模拟二维相变材料热传导过程,准确地模拟出相变材料在热传导过程中的温度变化以及材料相变过程.最后模拟了不同冻结温度下二维土体的冻结过程,准确捕捉到了相变温度并明显展现出相变温度平台.证实了本文提出的基于近场动力学的土冻结过程热传导模拟方法可以在给定条件下准确预测冻土温度变化.

    冻土近场动力学微分算子相变热传导土体冻结

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    木质素纤维-MICP固化粉土在冻融循环作用下的力学性能研究

    李琦峰邢峥光党冰彭尔兴...
    1828-1838页
    查看更多>>摘要：为探究木质素纤维联合微生物诱导碳酸盐沉淀技术(MICP)固化季节冻土区粉土的力学性能,开展了木质素纤维影响下MICP诱导碳酸钙生成量试验、冻融循环下木质素纤维-MICP固化试样的无侧限抗压试验、直剪试验和SEM扫描电镜试验.结果表明,随着纤维掺量的增加,碳酸钙含量呈线性增加趋势,与SF0M试样相比,SF2.0M试样的碳酸钙含量增加了 426.6％.随着冻融循环次数的增加,所有试样的无侧限抗压强度和抗剪强度均下降并最终趋于恒定,且SF1.5M协同固化试样的抗冻融能力最佳,10次冻融后其无侧限抗压强度仅下降45.9％,而SF0M和SF0试样下降63.4％和80.0％;经历10次冻融循环之后,在400 kPa法向应力下,相较于SF0M和SF0,SF1.5M土样抗剪强度分别增加了 76.4％和184.0％;而其黏聚力也提高了 46.5％和126.0％.木质素纤维为碳酸钙的生成提供了更多的附着位点,纤维掺量为1.5％时,土颗粒与碳酸钙晶体和纤维形成了更为致密的胶结结构.当纤维掺量增加到2.0％时,碳酸钙晶体与纤维交织在一起,出现团聚体,阻碍了土颗粒之间的有效胶结,对固化效果起到相反作用.本研究可为寒区土体加固提供了数据支持和理论指导.

    MICP木质素纤维冻融循环无侧限抗压直剪试验扫描电镜

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