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1971-2019年黑龙江省冻融指数和冻土分布时空变化研究

中国农村水利水电 2025年第4期 192-200页

作者：宋成杰周彦章戴长雷涂维铭南京水利科学研究院岩土工程研究所江苏南京210029 水利部水库大坝安全重点实验室江苏南京210029 黑龙江大学寒区地下水研究所黑龙江哈尔滨150080 南京水利科学研究院水文水资源研究所江苏南京210029

黑龙江省是我国高纬度多年冻土的主要分布区,在气候变暖的趋势下,多年冻土退化严重,引起的水文、生态和环境等问题成为相关科学研究关注的焦点。基于黑龙江省34个气象站1971-2019a的气温和地表温度数据,采用冻融指数和地面冻结数模型,... 详细信息

黑龙江省是我国高纬度多年冻土的主要分布区,在气候变暖的趋势下,多年冻土退化严重,引起的水文、生态和环境等问题成为相关科学研究关注的焦点。基于黑龙江省34个气象站1971-2019a的气温和地表温度数据,采用冻融指数和地面冻结数模型,结合趋势拟合和局部薄盘光滑样条函数插值法等,研究了黑龙江省年平均气温、年平均地表温度和冻融指数的时空变化,冻土分布特征及其影响因素。结果表明:黑龙江省多年平均气温和地表温度变化范围分别为-8.64~5.60℃和-6.52~7.58℃,空间分布上随纬度和海拔呈带状分布,年平均气温和地表温度年际升温速率趋于一致,分别为0.34和0.33℃/10 a。从1971-2019年,大气冻结指数和地面冻结指数分别以-5.07和-5.04℃·d/a的速度下降,大气融化指数和地面融化指数分别以7.63和11.89℃·d/a的速度上升。大气/地面冻融指数的空间分布上均呈现出纬向趋势,但是在北部山区海拔的影响大于纬度。多年冻土主要分布在北部的大、小兴安岭,零星分布在中部山区,1970-2010s多年冻土的南界向北移动约2°左右,多年冻土的总面积从1970s的11.1万km^(2)缩减为2010s的6.53万km^(2),冻土分布与气温、地表温度和气温冻结指数的相关性最大,其空间分布与纬度和海拔有较强的相关性。研究结果对分析黑龙江省以及整个东北地区高纬度多年冻土退化的趋势具有重要意义,也可为冻土区自然冷资源开发、生态保护和工程建设等提供参考。

关键词：黑龙江省冻融指数多年冻土时空分布冻土退化

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黑河流域年冻融指数及其时空变化特征分析

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地球科学进展 2015年第3期30卷 357-366页

作者：曹斌张廷军彭小清郑雷牟翠翠王庆峰兰州大学资源环境学院甘肃兰州730000 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所甘肃兰州730000

利用黑河流域气象站点的逐日平均温度数据计算空气及地表冻融指数,并分析其变化趋势以及空间分布。结果表明,黑河流域空气冻结指数、空气融化指数、地表冻结指数和地表融化指数变化范围依次为：673-2135℃·d,1028-4177℃·d,68... 详细信息

利用黑河流域气象站点的逐日平均温度数据计算空气及地表冻融指数,并分析其变化趋势以及空间分布。结果表明,黑河流域空气冻结指数、空气融化指数、地表冻结指数和地表融化指数变化范围依次为：673-2135℃·d,1028-4177℃·d,682-1702℃·d,1956-5278℃·d;黑河流域冻结指数出现明显的下降趋势,其中空气冻结指数（1951—2007年）下降速率为56.0℃·d/10a,地表冻结指数（1954—2005年）下降速率为35.4℃·d/10a;融化指数表现为上升,其中空气融化指数（1951—2008年）整体以每年47.8℃·d/10a的速率上升,地表融化指数在1954—1975年以135.9℃·d/10a的速率下降,在1976—2006年以185.3℃·d/10a的速率上升;黑河流域各站点冻结指数受海拔及纬度双重影响,而融化指数则主要受海拔影响;年平均气温与冻融指数有非常强的线性关系。

关键词：冻融指数冻土黑河流域气候变化

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祁连山区1961—2014年冻融指数时空变化特征

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冰川冻土 2023年第1期45卷 153-164页

作者：欧安锋柯贤敏梁成成刘鹏王玮牛富俊高泽永长安大学水利与环境学院陕西西安710054 长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室陕西西安710054 中国科学院西北生态环境资源研究院冻土工程国家重点实验室甘肃兰州730000

冻融指数不仅对冻土研究具有重要意义,而且是反映气候变化的有用指标。利用祁连山区11个主要气象站点的逐日温度观测值计算了1961—2014年的年大气及地面冻融指数,分析了这些指数的统计与分布特征,并通过非参数Mann-Kendall检验法、Sen... 详细信息

冻融指数不仅对冻土研究具有重要意义,而且是反映气候变化的有用指标。利用祁连山区11个主要气象站点的逐日温度观测值计算了1961—2014年的年大气及地面冻融指数,分析了这些指数的统计与分布特征,并通过非参数Mann-Kendall检验法、Sen斜率估计法及相关性分析法分析了年冻融指数的时空变化趋势。结果表明:祁连山区近54年来冻结指数呈显著下降趋势,融化指数呈显著上升趋势,多年平均大气冻结指数、大气融化指数、地面冻结指数和地面融化指数大致分布在994.3~1 540.9℃·d、1 828.2~2 376.6℃·d、744.7~1 287.3℃·d、2 706.0~3 542.6℃·d之间;其气候倾向率分别为-6.5、6.5、-7.7、9.1℃·d·a^(-1)。从西北向东南方向,冻结指数表现出中部高,往东西方向逐渐降低的分布特征,而融化指数则相反;冻融指数除了受海拔和纬度综合影响外,还受台站地的坡向、周边地形、积雪深度以及人类活动等因数的影响。冻融指数时间序列的突变点发生在1994—1995年,与其气温的突变相对应;在突变点以后,大气和地面融化指数的增长速率和地面冻结指数的下降速率增大,大气冻结指数的下降速率减小,且在整个研究期间地面冻融指数的变化率均大于大气冻融指数的变化率,说明地面温度变化对全球变暖更敏感。此外,冻融指数与年平均气温和地面温度的线性关系非常强,且年融化指数在年平均地面温度的构成中所占的比重比冻结指数大。该研究结果对于了解祁连山区气候和冻土变化,进一步计算冻土参数变化和进行祁连山生态环境治理具有借鉴意义。

关键词：冻融指数全球变暖时空变化冻土祁连山区

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石河子地区年冻融指数的多尺度变化特征

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干旱区研究 2017年第3期34卷 511-517页

作者：罗那那巴特尔.巴克吴燕锋新疆农业大学草业与环境科学学院新疆乌鲁木齐830052 中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林长春130102

基于石河子地区各气象站点1961─2013年的逐日平均气温数据,计算年冻融指数,并利用集合经验模态分解(EEMD)分析其多尺度变化特征。结果表明:在过去53 a,石河子地区冻结指数和融化指数的年际变化明显,其中冻结指数总体呈减少趋势,融化指... 详细信息

基于石河子地区各气象站点1961─2013年的逐日平均气温数据,计算年冻融指数,并利用集合经验模态分解(EEMD)分析其多尺度变化特征。结果表明:在过去53 a,石河子地区冻结指数和融化指数的年际变化明显,其中冻结指数总体呈减少趋势,融化指数总体呈增加趋势,气候倾向率分别为-3.84℃·a-1和8.64℃·a-1。在年际变化上,冻结指数年际波动较大,其变幅为820~1 900.7℃;融化指数年际波动较小,变幅为3 518.8~4 577.9℃。在年代尺度上,冻结指数与气温呈明显的负相位,且两者的年际变化周期相同(3 a),年代尺度周期大致相当(10 a左右);融化指数与气温呈明显的正相位,且两者存在年际变化的同周期(3 a)。变化趋势特征表明,伴随着气温的增加,冻结指数呈非线性减少趋势,而融化指数呈非线性增加趋势。

关键词：冻融指数集合经验模态分解气温多尺度变化石河子新疆

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黑河上游地表冻融指数与径流关系

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水土保持通报 2018年第3期38卷 222-227页

作者：郭阳张廷军曹琳高坛光兰州大学大气科学学院甘肃兰州730000 兰州大学资源环境学院甘肃兰州730000

[目的]探讨黑河上游地表冻融指数与径流的关系,为该流域的径流预测及水资源合理开发利用提供科学依据。[方法]利用1979—2006年黑河上游西支水文站和气象站的月平均径流、降水和气温资料,对该流域冻融指数变化、融化和冻结阶段径流变化... 详细信息

[目的]探讨黑河上游地表冻融指数与径流的关系,为该流域的径流预测及水资源合理开发利用提供科学依据。[方法]利用1979—2006年黑河上游西支水文站和气象站的月平均径流、降水和气温资料,对该流域冻融指数变化、融化和冻结阶段径流变化进行分析,并对地表冻融指数与径流的关系做了进一步探讨。[结果]冻结指数和融化指数分别具有明显减少和增加的趋势,且在1990—2005年表现更为突出。径流在融化阶段变化趋势不明显,在冻结阶段呈现减少趋势,其中冬季径流减少趋势较为明显。季节冻融过程对冬季径流减少具有较为重要的影响,主要表现为冻结指数显著减小,表明土壤季节冻结过程中气温升高,这很可能使得冬季地表积雪更多地进行升华,从而削减了对径流的补给,导致了径流量的减少;融化指数显著增大,导致土壤季节融化深度增加了13~14cm,从而增加了土壤的调蓄空间,使得部分地表水储存于活动层,导致地表冬季径流量减少。[结论]季节冻融变化是影响黑河上游径流的一个不可忽视的特殊因子。

关键词：黑河上游冻融指数地表径流多年冻土

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1900～2017年东北冻土区冻融指数与冻土分布时空变化研究

1900～2017年东北冻土区冻融指数与冻土分布时空变化研究

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作者：战大庆哈尔滨师范大学

学位级别：硕士

东北冻土区是我国第二大多年冻土区,也是主要的高纬度多年冻土区。在全球气候变暖背景下,随着温度的升高,东北冻土区的多年冻土发生了明显的退化,冻土退化引起的水文、环境和生态问题已成为科学界关注的焦点。因此对东北冻土区冻土分布... 详细信息

东北冻土区是我国第二大多年冻土区,也是主要的高纬度多年冻土区。在全球气候变暖背景下,随着温度的升高,东北冻土区的多年冻土发生了明显的退化,冻土退化引起的水文、环境和生态问题已成为科学界关注的焦点。因此对东北冻土区冻土分布变化情况进行研究十分必要。冻土区土壤碳库作为主要的土壤碳库之一,冻土退化将导致大量温室气体被释放,大大增加区域和全球气候系统变化的不确定性,因此了解东北冻土区多年冻土及季节冻土的分布情况,对东北冻土区工程建设、生态环境政策制定具有重要意义;此外,掌握东北冻土区冻土变化规律,可为在冻土退化背景下的水文、气候和生态变化研究提供基础数据。目前,东北冻土区关于冻土的研究主要基于气象站数据,研究周期较短。在本研究中,利用美国特拉华大学的月气温再分析数据集,对东北冻土区1900～2017年空气冻融指数及地表冻融指数的时空变化情况进行了分析。以地表冻融指数为基础结合地表冻结数模型对东北冻土区冻土分布情况进行了模拟,并对整个21世纪东北冻土区冻土变化情况进行了预测。主要结论如下:（1）1900～2017年东北冻土区年平均气温上升趋势显著,增长速率达0.01℃/a,在1985年发生突变。在空间上,东北冻土区年平均气温呈现出北低南高的趋势,由北向南变化范围在-7.86～11.30℃之间,具有明显的纬度地带性特征。东北冻土区各地表覆盖类型的冻结N因子差异较大,各地表覆盖类型的N因子值分布在0.06～0.85之间,而融化N因子的差异较小,主要分布在1.14～1.34之间。其中冻结N因子最大和最小的地表覆盖类型分别为草地和林地,融化N因子最大和最小的地表覆盖类型与冻结N因子相同。（2）1900～2017年空气和地表冻结指数变化趋势相似,均呈显著下降趋势,下降速率分别为-3.5℃d/a和-1.2℃d/a,并且分别在1973年和1977年发生突变。空气冻结指数的下降较多,118年间下降了709.2℃d,而地表冻结指数则下降了252.4℃d。此外,空气和地表冻结指数空间分布情况也类似,均呈现出北高南低的趋势,南北差距明显;空气冻结指数的最大值、最小值和平均值分别为4158.4℃d、137.3℃d和2462.4℃d;地表冻结指数的最大值、最小值和平均值分别为1663.4℃d、237.7℃d和1028.7℃d,与空气冻结指数差距明显。（3）1900～2017年空气和地表融化指数变化趋势与冻结指数变化趋势相反,呈显著上升趋势,上升速率分别为1.9℃d/a和2.0℃d/a,分别在1993年和1996年发生突变。地表融化指数变化较大,118年间上升了451℃d,空气融化指数则上升了364.2℃d。空气和地表融化指数在空间上呈北低南高趋势,空气融化指数的最大值、最小值和平均值分别为3764.9℃d、1279.2℃d和2659.5℃d;地表融化指数的最大值、最小值和平均值分别为4517.9℃d、1339.9℃d和3193.6℃d。（4）当E=0.57时,地表冻结数模型对20世纪80年代和21世纪初期东北冻土区冻土分布模拟分类结果精度最高,总体精度分别为0.95和0.93,Kappa系数分别为0.89和0.81。东北冻土区1900～2017年多年冻土面积减少了22.66×10～4km2。随着气候不断变化,存在于海拔较高地区的多年冻土岛也正在逐渐消失,该部分多年冻土的面积由2.57×10～4km2缩减至0.07×10～4km2。从对东北冻土区21世纪冻土分布的预测结果中可以看出,多年冻土边界逐渐向大兴安岭山脉沿线靠近,小兴安岭山脉附近的多年冻土退化明显。

关键词：东北冻土区冻融指数冻土分布时空变化

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高温高含冰量地区片块石路基冻融指数变化分析

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青海交通科技 2018年第5期30卷 56-59页

作者：王青志徐安花房建宏青海省交通科学研究院西宁810016 多年冻土区公路建设与养护技术交通行业重点实验室青海研究观测基地西宁810016

冻融指数反映了路基热能和冷能蓄积的大小,是评价多年冻土分布、了解冻土变形的重要指标。本文针对沥青路面下高温高含冰量地区片块石路基的地温、冻融指数变化特征进行了分析,发现沥青路面吸收了较多的热量传送给路基下部土体,下伏多... 详细信息

冻融指数反映了路基热能和冷能蓄积的大小,是评价多年冻土分布、了解冻土变形的重要指标。本文针对沥青路面下高温高含冰量地区片块石路基的地温、冻融指数变化特征进行了分析,发现沥青路面吸收了较多的热量传送给路基下部土体,下伏多年冻土仍处于融化状态。从路基融化指数、融冻比及温度比来看,路基阴阳坡效应严重,路基中心和阳坡年平均融化指数大于冻结指数,阴坡则相反。而不论阳坡还是阴坡,块石层层顶冻结指数均要小于融化指数,年积温为正值,表现为吸热状态。

关键词：沥青路面片块石路基冻融指数积温

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1960—2012年东北地区冻融指数时空变化研究

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黑龙江科学 2018年第20期9卷 162-164页

作者：刘秀李佳湖南科技大学地理空间信息技术国家地方联合工程实验室湖南湘潭411201

利用中国东北地区39个气象站点的逐日平均气温数据计算冻融指数及其变化率,并分析其时间变化趋势和变化率的空间分布特征。结果表明:在过去50多年以来,东北地区有着很明显的变暖趋势,平均上升速率为0.37℃/10 a;东北地区冻结指数出现明... 详细信息

利用中国东北地区39个气象站点的逐日平均气温数据计算冻融指数及其变化率,并分析其时间变化趋势和变化率的空间分布特征。结果表明:在过去50多年以来,东北地区有着很明显的变暖趋势,平均上升速率为0.37℃/10 a;东北地区冻结指数出现明显的下降趋势,整体下降率为66.63℃·d/10 a;融化指数出现明显的上升趋势,整体上升率为71.68℃·d/10 a。

关键词：气候变化冻融指数冻土东北地区

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黑河上游西支地表冻融指数与径流的相互关系

黑河上游西支地表冻融指数与径流的相互关系

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第一届中国大地测量和地球物理学学术大会

作者：曹琳张廷军高坛光万旭东彭小清曹斌王庆峰兰州大学资源环境学院兰州730000 兰州大学资源环境学院兰州730000 美国科罗拉多大学国家雪冰数据中心科罗拉多州博尔德市80309 中国科学院寒区旱区环境工程研究所兰州730000

为了探讨季节冻融过程变化与径流之间的相互影响机制，本研究利用1979～2006年黑河上游西支水文和气象站点的月平均流量、降水和气温资料，对黑河上游西支流域径流变化及降水和气温因子对径流的影响进行分析，并对黑河上游西支地表冻融... 详细信息

为了探讨季节冻融过程变化与径流之间的相互影响机制，本研究利用1979～2006年黑河上游西支水文和气象站点的月平均流量、降水和气温资料，对黑河上游西支流域径流变化及降水和气温因子对径流的影响进行分析，并对黑河上游西支地表冻融指数与径流的相互关系做进一步分析。

关键词：黑河上游西支径流过程气候因子冻融指数影响机制

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土壤水热盐对冻融条件下不同咸水灌水量的响应特征

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节水灌溉 2025年第3期 1-8页

作者：姬佳琪高晓瑜刘霞王丽萍屈忠义内蒙古农业大学内蒙古呼和浩特010018 内蒙古科技大学内蒙古包头014010

为探究不同灌水量下咸水结冰灌溉对土壤水热盐变化的影响,以重度盐碱地为研究对象,在内蒙古达拉特旗开展为期2 a的咸水结冰灌溉试验,试验设置不同的灌水梯度,灌水量分别为140 mm(T1)、180 mm(T2)、220 mm(T3)以及不灌水的对照组(CK),地... 详细信息

为探究不同灌水量下咸水结冰灌溉对土壤水热盐变化的影响,以重度盐碱地为研究对象,在内蒙古达拉特旗开展为期2 a的咸水结冰灌溉试验,试验设置不同的灌水梯度,灌水量分别为140 mm(T1)、180 mm(T2)、220 mm(T3)以及不灌水的对照组(CK),地下水矿化度约为8~10 g/L,将黄河水与地下水进行混合,使其矿化度维持在3~5 g/L进行灌溉。通过对试验期内土壤含水率、土壤温度、八大离子等指标的检测,探究咸水结冰灌溉期间土壤水热盐的变化规律。结果表明次年土壤含水率随着灌水量的增加而增加;土壤保温效果与灌水量呈正相关,随着连续结冰灌溉年限的增加,土壤脱盐率逐渐增加。播种前0~20 cm土层含水率为57%~74%,相比于CK组提高了55%~66.1%。咸水结冰灌溉对于春季土壤脱盐具有积极作用,脱盐率T2(73.5%)>T1(68.05%)>T3(42.1%),CK组表现为积盐;黄河南岸灌区采用地下水进行咸水结冰灌溉时灌水量选择180 mm时能保证在土壤含水率与温度良好的基础上最大限度地降低土壤盐分。

关键词：盐碱地结冰灌溉冻融指数咸水灌水量水热盐脱盐率

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