青藏高原冻土分布研究及青藏铁路数字路基建设
文献类型：学位论文
| 作者 | 南卓铜 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2003 |
| 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 | Study on Characteristics of Permafrost Distribution on the Qinghai-Tibet Plateau and Construction of Digital Roadbed of the Qinghai-Tibet Railway |
| 中文摘要 | 青藏高原是世界上中低纬度海拔最高、面积最大的多年冻土区。查明青藏高原冻土分布规律及建立适合于青藏高原的冻土模型对高原甚至高亚洲、全球的气候和生态系统研究都具有重要意义。本文解决以下问题，即青藏高原多年冻土现在是如何分布、为什么这样分布、将来可能会怎样变化、及如何建立一个冻土信息系统。冻土分布建模是模拟冻土空间分布的主要手段之一，本文比较和讨论了高程模型、年平均地温模型、地面冻结数模型及多年冻土顶板温度模型在青藏高原的应用。结果表明，4种空间分布模型均能较好反映青藏高原多年冻土分布现状。多年冻土顶板温度模型计算的多年冻土面积最大，高程和年平均地温模型次之，地面冻结数模型在E＝0.9左右最接近于青藏高原冻土图。我们重新推导了地面冻结数模型，赋予地面冻结数模型以明确的物理意义，并引入参数E使模型具备了可调特征。这些分布模型的模拟结果同时表明，青藏高原多年冻土具有以下特征：平均年平均地温为-2.0℃；按地热梯度0.04℃／m估算，多年冻土平均厚度为61.5m；地下冰总储量为10，923.385km3，大概是中国冰川水资源的2～3倍，如果青藏高原的多年冻土在50年后减薄10m，青藏高原将释出2836km3的可用水资源；青藏高原多年冻土土质以砂、砾为主，占65％强，多年冻土层平均含水量为18.1％，平均干容重为1.55*103kg／m3。太阳辐射是冻土的主要能量来源，本文详细探讨了山地太阳辐射的计算方案，在GRASS r.sun模块基础上进行二次开发，并计算了青藏高原1-12月和全年的总辐射分布，年总辐射平均6219MIJ／m2。我们利用青藏高原已有实测辐射与模型计算值进行了对比分析，两者相关系数达93％，误差在3-6％，最大不超过20％。气候和地质地理因素决定了冻土的形成和发展。本文讨论了气候、地质地理因素与冻土的关系。气候因素（气温、降水等）决定了多年冻土分布的宏观格局。基于GIS的青藏高原年平均气温分布计算表明，青藏高原连续多年冻土分布南界大致位于年平均气温-1-2.6℃间，连续多年冻土北界稍低于南界，在-1.4-3℃间，岗底斯山一念青唐古拉山附近的不连续多年冻土南界位置大概在年平均气温-1.4-3.2℃间。而地质地理因素导致了多年冻土分布的区域差异，如青藏高原盆一山地貌、较高的地热背景决定了青藏高原多年冻土的区域分布。高程统计表明，青藏高原多年冻土最发育的高度是大于4400m的山地，而3000米以下无多年冻土，5500m以上全部被多年冻土和冰川覆盖。局地因素如雪盖、植被在某些区域也可能改变着多年冻土的分布，两道河1、2号场地的地温剖面证实了局地因素的影响。当气候变暖已逐渐成为人们共识，研究青藏高原在气候变化情景下多年冻土如何变化对青藏高原工程规划和建设有很重要的意义。我们首先在青藏高原多年冻土北界西大滩进行了冻土调查，结合1975年已有的调查成果，对比发现，在过去30年内西大滩多年冻土面积缩小约12％，多年冻土发生的最低高程提升了25m。西大滩冻土退化的原因主要归结于该地区的气候变化。为了更进一步获取青藏高原多年冻土在气候变化情景下如何响应的认识，我们基于数值方法建立平均状态下的青藏高原冻土温度场预测模型。模型计算结果认为，在气候年增温0．02℃／。情形下，50年后多年冻土面积缩小约8．8％，退化主要发生在青藏高原多年冻土边缘年平均地温Tcp＞-0.11℃高温冻土地带，100年后，冻土面积减少13．4％，目前Tcp＞-0.5℃的区域可能发生退化；如果升温率0.052℃／a，青藏高原50年后退化13.5％，与气候年增温0．02℃／a经100年后情形相当，100年后整个青藏高原面多年冻土退化面积达46％，Tcp＞-2℃的区域均可能退化成季节冻土甚至非冻土，高原面上保留的主要是羌塘高原大片连续多年冻土与极高山地多年冻土。数据是模型得以验证和发展的根本，然而我们注意到，一方面冻土数据取之不易，冻土模型缺乏普适性，另一方面各种冻土数据和模型却得不到有效的利用。冻土信息系统能够有效解决这些问题。本文详细讨论了一个冻土信息系统一青藏铁路数字路基的体系结构、集成方案及实现手段。数字路基在GIS平台上紧密集成了冻土模型和数值仿真模型，提供开放接口，使模型扩展成为可能。本文也讨论了时下最前沿的技术Webservices在GIS及冻土信息系统中的应用。在信息系统时代，冻土信息系统作为一种产品，是传统冻土理论的一个应用拓展。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2013-08-22 |
| 页码 | 121 |
| 源URL | [http://ir.casnw.net/handle/362004/21988]  |
| 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 | 南卓铜. 青藏高原冻土分布研究及青藏铁路数字路基建设[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. 2003. |
入库方式： OAI收割
来源：寒区旱区环境与工程研究所
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