Нормативная глубина сезонного промерзания грунта: СНИП Стаьи про винтовые сваи в Нижневартовске

Содержание

Глубина промерзания грунта по регионам России

Глубина промерзания грунта (d_f) — это нормативная величина, которая показывает уровень промерзания почвенного горизонта в зимний период и определяется на основании многолетних наблюдений в каждом регионе России. Нижняя граница этой зоны, называется точкой промерзания грунта.

Величина ГПГ является одним из самых важных параметров при определении глубины заложения фундамента, а значит нахождение этого коэффициента обязательно при любом строительстве. Знание глубины промерзания, позволяет обезопасить основание, так как в зимний период происходит перераспределение напряжения в грунтах, подземные воды переходят из жидкого состояния в лед, увеличивается их объем до 10-15% и начинаются процессы пучения.

Если подошву фундамента недостаточно заглубить, то на стенки будет воздействовать колоссальное вертикальное давление, которое непременно приведет к деформациям и нарушению целостности основания. Если же подошва фундамента будет располагаться ниже уровня ГПГ, то силы морозного пучения будет действовать на боковые стенки по касательной, то есть фундамент зимой будет выталкиваться наружу, а летом обратно погружаться внутрь.

Расчет глубины промерзания грунта

До недавнего времени расчет глубины промерзания грунта осуществлялся вручную с помощью СНиП и других нормативных документов – это не совсем удобно, так как приходится пролистывать больше количество страниц, чтобы найти нужны регион/город. Мы предлагаем воспользоваться нашим онлайн-калькулятором, который позволяет определить нормативную и расчетную глубину промерзания грунта в ОДИН КЛИК – вам требуется выбрать населенный пункт и нажать кнопку «Рассчитать». База данных нашей программы основывается на информации из СНиП 23-01-99 (СП 131.13330.2012 «Строительная климатология»).

В нашем инструменте есть информация по всем регионам и городам России, среди которых: Московская область, Ленинградская область, Нижегородская, Свердловская, Ростовская, Самарская, Челябинская, Калининградская области, Пермский, Хабаровский, Приморский края, Башкортостан, Татарстан, Крым.

Карта промерзания грунтов СССР

Глубина промерзания грунта по регионам России (карта + таблица)

Город	Глубина промерзания грунта, см
Архангельск	175
Владивосток	180
Вологда	170
Екатеринбург	190
Иркутск	190
Казань	175
Калининград	80
Красноярск	200
Курск	130
Москва	130
Нижний Новгород	155
Новосибирск	220
Омск	220
Орел	130
Пермь	190
Псков	120
Ростов-на-Дону	90
Рязань	130
Самара	165
Санкт-Петербург	120
Саратов	145
Симферополь	70
Сургут	270
Тюмень	210
Хабаровск	190
Челябинск	215
Якутск	240
Ярославль	170

Карта промерзания грунтов Центральной России

Глубина промерзания грунта в Московской области

Город	Глубина промерзания грунта, см
Москва	130
Балашиха	125
Подольск	130
Коломна	115
Серпухов	120
Орехово-Зуево	125
Сергиев Посад	130
Зеленоград	130
Солнечногорск	125

Глубина промерзания грунта в Ленинградской области

Город	Глубина промерзания грунта, см
Санкт-Петербург	120
Гатчина	120
Выборг	125
Сосновый бор	120
Кингисепп	120
Луга	115
Волхов	120
Тихвин	120
Свирица	125

Пример расчета глубины промерзания грунта

СП 22.13330.2010 «Основания зданий и сооружений» подробно расписывает методику расчета глубины промерзания почвы, мы попробуем вкратце разобрать основные положения и разберем пример.

В разных регионах и тем более в различных широтах, глубина промерзания почвы может сильно отличаться. Большое влияние на эту величину оказывают климатические факторы, гранулометрический состав грунта и вышележащая поверхность. Но раз все они участвуют в формировании величины промерзания, значит их можно объединить в одно выражение.

Нормативная глубина промерзания грунта (формула): d_f = d₀ × √M_t

Расчетная глубина промерзания грунта (формула): d_f = d₀ × √M_t × k_h

d_f — глубина промерзания;
d₀ — коэффициент, зависящий от типа грунта:

крупнообломочные грунты – 0,34;
крупные пески – 0,3;
мелкие сыпучие пески и супеси – 0,28;
глины и суглинки – 0,23;

M_t — сумма среднемесячных отрицательных температур для определенной местности;
k_h – коэффициент среднесуточной температуры вышележащей поверхности.

Первая формула позволяет выполнить расчет глубины промерзания грунта без учета вышележащей поверхности, то есть вы получите нормативное значение для данного участка местности. Но например, при расчете глубины промерзания грунта для фундамента применяется коэффициент k_h, который вносит поправку на основании среднесуточной температуры (°С) примыкающего помещения, то есть это будет расчетное значение.

Конструктивные особенности здания	Значение коэффициента k_h при температурах, °С
Конструктивные особенности здания	0	5	10	15	20 и больше
Без подвала, с полами на грунте	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5
Без подвала, с полами на лагах	1	0,8	0,8	0,7	0,6
Без подвала, с полами на утепленном цоколе	1	0,9	0,9	0.8	0,7
С подвалом или техническим подпольем	0,8	1	0,6	0,5	0,4
Неотапливаемое помещение	1,1

Разберем пример расчета глубины промерзания в Москве.

Предположим, что у нас будет одноэтажный дом с полами на лагах без подвального помещения, расположенный на песчаном грунте. Планируется, что средняя температура в помещении будет +22 °С.

Согласно СНиП 23-01-99 (СП 22.13330.2010) из таблицы №3 документа, мы складываем отрицательные значения температур для города Москва и получаем – 32,9 °С.

Далее подставляем все значения в формулу:

d_f = 0,3 × √32,9 × 0,6 = 1,03 м

Расчетная глубина промерзания грунта для Москвы равна 1,03 м.

Глубина промерзания грунта, промерзания грунта нормативная, реальная, фактическая, расчётная, грунт под фундамент дома, нормативные глубины СНиП, типов грунтов, нормативы, неравномерность, уменьшить глубину сезонного промерзания, рассчитать, расчёт глубин, почва, земля, в разных регионах, областях, городах.

На грунт значительно влияет уровень подземных вод. Глубина промерзания должна быть меньше глубины залегания грунтовых вод, но когда показатель глубины промерзания превышает показатель глубины залегания грунтовых, происходит их промерзание из за чего и происходит вспучивание грунта

Говоря простым языком, каждую зиму вода в грунте замерзает, превращается в лёд и расширяется, а значит увеличивает первоначальный объём грунта, что может негативно сказаться на фундаменте и на возведённом на нём доме это и называется пучение грунта. Увеличенный в объёме грунт может воздействовать на фундамент с большой силой, порой в десятки тонн.

То есть промерзания грунта вызывает его пучение и тем самым негативно влияет на фундамент дома,а значит и на эксплуатацию дома для того чтобы этого избежать нужно его закладывать на глубину ниже глубины промерзания

Глубина промерзания грунта зависит от двух главных факторов:
1.от типа грунта
2.от климатических условий, а именно от среднегодовых температур ( чем ниже температура, тем больше глубина промерзания грунта)

Нормативные глубины промерзания СНиП (таблица) в см. разных городов и типов грунта

Город	[глина,суглинки]	[пески,супеси]
Архангельск	160	176
Астрахань	80	88
Брянск	100	110
Волгоград	100	110
Вологда	140	154
Воркута	240	264
Воронеж	120	132
Екатеринбург	180	198
Ижевск	160	176
Казань	160	176
Кемерово	200	220
Киров	160	176
Котлас	160	176
Курск	100	110
Липецк	120	132
Магнитогорск	180	198
Москва	120	132
Набережные Челны	160	176
Нальчик	60	66
Нарьян Мар	240	264
Нижневартовск	240	264
Нижний Новгород	140	154
Новокузнецк	200	220
Новосибирск	220	242
Омск	200	220
Орел	100	110
Оренбург	160	176
Орск	180	198
Пенза	140	154
Пермь	180	198
Псков	80	88
Ростов-на-Дону	80	88
Рязань	140	154
Салехард	240	264
Самара	160	176
Санкт-Петербург	120	132
Саранск	140	154
Саратов	140	154
Серов	200	220
Смоленск	100	110
Ставрополь	60	66
Сургут	240	264
Сыктывкар	180	198
Тверь	120	132
Тобольск	200	220
Томск	220	242
Тюмень	180	198
Уфа	180	198
Ухта	200	220
Челябинск	180	198
Элиста	80	88
Ярославль	140	154

Нормативная глубина промерзания грунта наглядно представлена на карте(рисунке)

Нормативная глубина промерзания грунта, представленная в этой таблице и карте — это максимальная глубина

Глубину промерзания грунта также можно разделить на

фактическую и реальную глубину промерзания
Фактические или реальная глубина промерзания грунта может отличатся от нормативных, так нормативы составлены для самых худших вариантов, то есть без снежного покрова
Снег и лед – хорошие теплоизоляторы, то есть снежного покрова уменьшает глубину промерзания.

Глубина промерзания грунта СНИП + методика расчета!

Для того, чтобы составить проект фундаментной опоры вашего дома прежде всего необходимо оценить характеристики грунта на вашем участке. Так, на степень заглубленности ленточных фундаментов напрямую влияет уровень промерзания грунтов. Кроме того, грунт разного состава при замерзании может по-разному увеличиваться в размерах. Эту характеристику называют «пучинистостью». Также, на конструкцию будущего фундамента влияет и уровень подъема грунтовых вод.

Характеристика грунтов на участке напрямую влияет как на конструкцию будущего фундаментного основнаия дома, так и на материал его изготовления. Для того, чтобы понять, какой дом и фундамент под него на вашем участке можно построить, а какой нельзя – прежде всего необходимо провести изыскательские работы.

Часть характеристик грунта участка можно взять из широко распространенных таблиц. К таковым особенностям относится, например, глубина промерзания грунта СНиП.

На всей территории бывшего СССР в свое время были проведено геолого-изыскательские работы, которые определили, на какой глубине промерзает зимой вода в грунте в том или ином регионе. На основании полученных данным были составлены карты, позволяющие легко определить глубину зимнего промерзания грунта в конкретном регионе.

Глубина сезонного промерзания грунта

Исходя из конкретной величины промерзания грунта на участке, Строительные нормы и правила (или, сокращенно СНиПы) и предписывают возможность применения того или иного варианта строительства фундамента и здания.

А настоящее время на территории нашей страны действуют следующие стандарты, описывающие правила строительства зданий и сооружений:

СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений», к нему существует также целый ряд пособий, который описывает процесс проектирования строений.
Кроме того, влияние климата на строительство зданий описывается в СНиП 23-01-99.
Суть правил в данных документах, регулирующих величину заглубления фундаментного основания заключается в следующем:
при строительстве фундаментов необходимо тщательно учитывать назначение и конструкцию проектируемых сооружений, максимальные нагрузки на фундамент.
глубина залегания фундаментных оснований также зависит от характеристики примыкающих сооружений, и того, на какую величину закопаны в землю инженерные сооружения.
также при подготовке проекта фундамента необходимо оценить рельеф участка местности строительства.
большую роль в определении глубины залегания фундамента играют физические характеристики почвы и ее внутренне строение (наличие пустот и водоносных слоев),

гидрогеология также влияет на глубину залегания фундаментных оснований. Грунтовые воды могут существенно изменить проект вашего здания.
ну и конечно же на глубину залегания фундамента согласно действующим СНиПам будет оказывать виляние сезонная глубина промерзания грунта.

Как рассчитать глубину промерзания грунтов, руководствуясь СНиП

Существует специальная формула, согласно которой вы можете рассчитать глубину промерзания грунтов на вашем участке местности самостоятельно.

Глубина промерзания составит: корень квадратный, извлеченный из суммы среднемесячных отрицательных температур, перемноженный на коэффициент для конкретного грунта.

0,23 для глины и суглинка,
0,28 для песка и супесей,
0,3 для крупнозернистых песков,
0,34 для грунта, состоящего из крупных обломков.

Показатели отрицательных температур вы сможете взять из метеорологических справочников или из СНиПа 23-01-99, описывающего климатические условия.

Для простоты расчета, допустим, что в вашем регионе отрицательные температуры фиксируются четыре месяца, по «-10» градусов в каждом. Итого сумма отрицательных показателейтемператур составит «40». Квадратный корень из этой величины составит «6,32». Умножаем для коэффициент для глинистого грунта «0,23» и получаем глубину промерзания глинистого грунта в таком регионе 1,45 метра.

Морозная пучинистость грунта и ее влияние на фундамент

Еще одной важной характеристикой грунта, влияющей на проект конструкции фундамента является его пучинистость. Этим термином определяют степень расширения грунтов при зимнем замерзании в них влаги. Как известно, вода при замерзании значительно увеличивается в объеме, таким образом грунт, содержащий большое количество влаги при замерзании будет расширяться, вспучиваться.

Наиболее подвержены такому расширению грунты, содержащие мелкий песок или глину. Они чрезвычайно эффективно впитывают влагу, вбирая в себя большую массу воды. Вследствие этого при замерзании их объем может увеличиваться до 10 процентов. Это довольно существенная величина. Получается, что при глубине промерзания грунта в 1,5 метра при замерзании его объем увеличится на 15 сантиметров.

Чтобы понять степень пучинистости грунта на вашем участке – ознакомьтесь с приведенной таблицей.

Таблица — глубина промерзания грунта СНИП

На глубину промерзания грунта также влияет и толща снежного покрова. Очевидно, что чем толще снежный покров, тем лучше сохраняется тепло в грунте. Впрочем, эта величина достаточно ненадежная и может колебаться от сезона к сезону.

График зависимости промерзания грунта от толщины снежного покрова

Таким образом, чистка участка от снега играет двоякую роль. В тех местах, где вы складываете сугробы – величина промерзания грунта уменьшается, а вот при расчистке снега возле фундамента вашего строения – наоборот увеличиваете глубину промерзания грунтов. Соответственно это увеличивает влияние замороженного расширяющегося грунта на фундаментное основание. Сформируйте вокруг фундаментной опоры вашего дома снежный сугроб, и вы примерно на 15 процентов уменьшите влияние холодной погоды на ваш фундамент. А когда придет весна и температура начнет повышаться – просто откиньте сугроб от дома.

Калькулятор для расчета промерзания грунта в регионе

Калькулятор для расчета глубины промерзания грунта

Видео — как пользоваться калькулятором для расчет глубины промерзания грунта

Равны ли фактическая и нормативная глубина сезонного промерзания грунта?

Равны ли фактическая и нормативная глубина сезонного промерзания грунта? | zabor-fence.ru

Ответ: Многие хозяева собственных домов очень удивляются, почему, когда они надолго покидают свой отапливаемый дом, продукты, находящиеся в подвале за зиму перемерзают. Так почему? Дело в том, что грунт под домом, особенно отапливаемым зимой годами, замечательно прогревается. Что позволяет хранить продукты в подвале на меньшей фактической глубине. Отапливаемый дом позволяет снизить фактическую глубину промерзания под ним от нормативной до 20%.

Известно, что расчистка снега перед домом, ведет к неравномерному промерзанию грунта. Т. е. сильнее промерзает грунт без теплоизоляции — снега и льда. Что может создавать угрозу даже фундаменту. И напротив, посадка кустарников по периметру дома, сопровождается задержкой воды и снега, повышает теплоизоляционные характеристики территории вокруг дома, что ведет к снижению глубины промерзания грунта втрое.

На основании этих наблюдений были созданы специальные ленточные утеплители, которые укладывается вокруг дома, обычно шириной 1.5-2 м, что также способствует снижению глубины промерзания грунта, окружающего фундамент. Особенно в зимние месяцы, когда мало снега. Благодаря изобретению утеплителей, стало возможным заложение фундаметов выше глубины промерзания (т.е. мелкозаглубленных фундаментов).

Следовательно, отвечая на вопрос об идентичности показателей фактическая (реальная) и нормативная (рассчитанная) глубина промерзания грунта, можно однозначно утверждать, что порой они рознятся в пределах 20 и даже 40%.

Дополнительная литература:

СП 22.13330.2011_Основания зданий и сооружений, djvu

GOST_25100_2011 года . Грунты. Классификация., pdf

Специальные вопросы проектирования оснований и фундаментов, 2010 Учебное пособие, pdf

Проектирование зданий и сооружений, 2010 г. Учебно-методическое пособие, pdf

Начало статьи здесь

Глубина и скорость промерзания грунта и их влияние на процессы пучения — SGround.ru

Связь пучения со скоростью, глубиной промерзания

1. Введение

Одними из наиболее значимых факторов, определяющих величину поднятия дневной поверхности (степень пучинистости) при промерзании грунтов являются глубина и скорость их промерзания.

Дневная поверхность грунта – жаргонный термин в строительной геологии, обозначающий поверхность современного рельефа. Можно заменить терминами: поверхность земли, уровень земли. В случае если на рассматриваемом участке выполнялась или будет выполняться планировка (насыпь или выемка грунта), то поверхность следует называть «уровень планировки»

Глубина и скорость промерзания грунтов зависит от большого числа факторов: значений отрицательной температуры наружного воздуха в зимний период, от продолжительности зимнего периода, от толщины и плотности снегового покрова и динамики изменения этих показателей в течении зимы, теплопроводности грунта, наличия теплоизолирующих покрытий (бывают как естественные, например, моховый или торфовый слой, так и искусственные), интенсивности воздействия солнечной радиации на конкретный участок поверхности, от смен холодной погоды на оттепели и от положения уровня грунтовых вод.

2. Скорость промерзания грунта

Увеличение объема грунта и величина подъема поверхности земли зависят от скорости промерзания, а скорость, в свою очередь, зависит от значений отрицательной температуры наружного воздуха и теплотехнических свойств грунта.

Экспериментально установлено, что чем меньше скорость промерзания, тем больше величина пучения и, наоборот, при больших скоростях промерзания грунт меньше увеличивается в объеме.

На величину вспучивания оказывает влияние и коэффициент фильтрации глинистого грунта, которой обусловливает подток капиллярной влаги к фронту промерзания. В образцах, замерзающих при большой скорости промерзания, визуально не наблюдается образования ледяных включений в виде прослоек и линз, следовательно, грунт незначительно ухудшает свои физические свойства при оттаивании.

При быстром промерзании в грунте не успевает накопиться влага, поступающая по капиллярам, поэтому он меньше проявляет пучение

При малой скорости промерзания грунта происходит формирование льдистой текстуры за счет постоянного притока влаги по капиллярам из нижележащих слоев талого грунта, сопровождающееся повышенным накоплением ледяных включений в нем. Такие грунты при оттаивании резко ухудшают свои физические свойства. Иногда грунты, имеющие твердую или пластичную консистенцию до промерзания, превращаются в текучее состояние после промерзания и оттаивания.

Наибольшее количество льда в грунтах природного сложения скапливается при промерзании грунта на глубину до 1-1,2 м так как на этих глубинах больше сказывается колебание отрицательной температуры наружного воздуха, например, при смене холодной погоды на оттепели, что позволяет накопить в структуре грунта больше влаги в виде льда

3. Глубина промерзания грунта

Значение глубины промерзания грунтов оказывает большое влияние на вспучивание дневной поверхности грунта. Например, в Забайкалье подъем поверхности грунта достигает 40 см при глубине промерзания суглинистого грунта 2,6-2,8 м, а сильнопучинистый суглинок в Московской области вспучивается на 15 см при глубине промерзания на 1,5 м.

Глубина промерзания грунта может в зависимости от региона РФ и локальных условий меняться в широких пределах: от 0 до 6 м. Максимальные значения глубины промерзания грунтов наблюдаются в Забайкалье, ближе к границе Монголии, преимущественно на песчаных и крупнообломочных грунтах и большей частью на северных склонах.

Наблюдениями за глубиной промерзания грунтов установлено, что влажные глины и суглинки промерзают заметно меньше, чем супеси, пески мелкие и пылеватые, а пески крупные и крупнообломочные грунты промерзают еще больше, чем супеси и пылеватые пески.

Чем более крупные частицы слагают грунт, тем больше будет глубина его промерзания при прочих равных условиях, однако крупнодисперсные грунты не подвержены пучению

Так как глубина промерзания зависит от действительно большого числа факторов, для начала разберемся что на этот счет говорится в нормативной литературе.

В нормативной документации на проектирование фундаментов рассматривается только глубина промерзания грунта. Эта величина рассчитывается по формулам в зависимости от среднемесячных температур в холодный период года и типа грунта без учета всех остальных факторов (не учитывается снеговой покров, солнечная радиация, свойства и влажность грунта и пр.).

Действующий на данный момент норматив в области проектирования фундаментов — СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений гласит:

СП 22.13330.2016 п. 5.5.1 Глубину заложения фундаментов следует принимать с учетом: …- глубины сезонного промерзания грунтов. Выбор оптимальной глубины заложения фундаментов в зависимости от указанных условий необходимо выполнять на основе технико-экономического сравнения различных вариантов.

5.5.2 Нормативную глубину сезонного промерзания грунта d_fn, м, принимают равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

При использовании результатов наблюдений за фактической глубиной промерзания следует учитывать, что ее следует определять в соответствии с ГОСТ 24847.

5.5.3 Нормативную глубину сезонного промерзания грунта d_fn, м, при отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение следует вычислять по формуле

, (5.3)

где d₀ — величина, принимаемая равной:

для суглинков и глин 0,23 м;
супесей, песков мелких и пылеватых — 0,28 м;
песков гравелистых, крупных и средней крупности — 0,30 м;
крупнообломочных грунтов — 0,34 м;

Мt — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за год в данном районе, принимаемых по СП 131.13330, а при отсутствии в нем данных для конкретного пункта или района строительства — по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства.

Значение d₀для грунтов неоднородного сложения определяют как средневзвешенное в пределах глубины промерзания. (прим. если промерзает несколько разных слоев то необходимо определять осредненное значение коэффициента d₀)

Нормативную глубину промерзания грунта d_fn в районах, где >2,5 м, а также в горных районах (где резко изменяются рельеф местности, инженерно-геологические и климатические условия), следует определять теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СП 25.13330.

5.5.4 Расчетную глубину сезонного промерзания грунта d_f, м, вычисляют по формуле

, (5.4)

где K_h — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый для наружных фундаментов отапливаемых сооружений — по таблице 5.2; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений K_h=1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой;

d_fn — нормативная глубина промерзания, м, определяемая по 5.5.2 и 5.5.3.

Примечания:

В районах с отрицательной среднегодовой температурой расчетную глубину промерзания грунта для неотапливаемых сооружений следует определять теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СП 25.13330. Расчетную глубину промерзания следует определять теплотехническим расчетом и в случае применения постоянной теплозащиты основания, а также, если тепловой режим проектируемого сооружения может существенно влиять на температуру грунтов (холодильники, котельные и т.п.).
Для зданий с нерегулярным отоплением при определении K_h за расчетную температуру воздуха принимают ее среднесуточное значение с учетом длительности отапливаемого и неотапливаемого периодов в течение суток.

d_fn — нормативная глубина промерзания, определяемая по СП 22.13330.2016 не учитывает множественные факторы т.к. нормативы нацелены на получение наиболее надежного результата. Эта величина показывает насколько промерзает грунт на свободной от снега поверхности, не прогреваемой солнцем в течении всей зимы (под навесом). Реальная глубина промерзания будет меньше или такой же в зависимости от количества снега и солнечной радиации на поверхности

Таблица 5.2

Для того, чтобы определить реальную глубину промерзания с учетом множества факторов, включая снеговой покров, солнечную радиацию и тепловой режим сооружения необходимо выполнить теплотехнический расчет. Теплотехнические расчеты сложны и трудоемки, а так же требуют большого количества исходных данных. Для отдельных случаев существуют упрощенные расчеты, некоторые из которых приведены в СП 25.13330. Вопросы теплотехники грунтов затрагиваются в этой статье.

4. Заключение

Для правильного учета сил морозного пучения и выбора мер по защите от его воздействия необходимо и достаточно верно определить глубину промерзания грунта. Для этого следует пользоваться расчетами, приведенными в нормативной литературе.

Учет скорости промерзания в расчетах невозможен из-за сложности определения этого показателя и его изменчивости.

Учитывать снеговой покров в надежде что он снизит глубину промерзания не следует, так как после возведения сооружения снег скорее всего будет переноситься ветром от одной части сооружения к другой и с наветренной стороны поверхность грунта будет оголена. Если же сооружение поднято над землей, то под ним будет оголенная поверхность без снега и с температурой наружного воздуха, что так же увеличит глубину промерзания.

Если глубина промерзания грунта больше 2,5 м и если среднегодовая температура в регионе отрицательная, то для определения нормативной глубины промерзания необходимо выполнять теплотехнический расчет.

Так же теплотехнический расчет следует выполнять если, например, применяется утепление грунта.

Для принятия решений по фундаментам используется расчетное значение глубины промерзания, которое в 1,1 больше нормативного для неотапливаемых сооружений и ниже нормативного для отапливаемых сооружений.

5. Связанные статьи

Для чего нужно учитывать глубину промерзания грунта

В холодное время года земля промерзает на определенную глубину. Один и тот же природный процесс протекает по-разному в различных регионах РФ. Показатель промерзания зависит в первую очередь от климата и типа грунта.

Таблица: Глубина промерзания грунта по географическому положению и типу грунта

Географическое положение	Средний уровень промерзания земли	Уровень промерзания по типу грунта
Географическое положение	Средний уровень промерзания земли	суглинки, глины	мелкий песок, супесь	крупный и гравелистый песок
в Самарской области	1,6 м	1,54 м	1,88 м	2,01 м
в Ростовской области (в Ростове на Дону)	1,0 м	0,66 м	0,80 м	0,86 м
в Пермском крае	1,9 м	1,59 м	1,93 м	2,07 м
в Башкортостане	1,8 м	1,70 м	2,00 м	2,30 м
в Тульской области	1,4 м	1,34 м	1,63 м	1,75 м
в Татарстане	1,7 м		1,59 м
в Саратовской области	1,5 м	1,19 м	1,44 м	1,55 м
в Ярославской области	1,4 м	1,48 м	1,80 м	1,93 м
в Рязанской области		1,36 м	1,65 м	1,77 м
в Кирове	1,7 м	1,60 м	1,76 м
в Кемеровской области	2,00 м	1,90 м	2,30 м	2,40 м
в Ставропольском крае (Ставрополь)	0,68 м	0,57 м	0,70 м	0,74 м

Зачем нужны данные по глубине промерзания

Информация по глубине промерзания грунта необходима для расчета заглубления фундамента. Учитываются особенности местности и вид почвы, уровень подземных вод, морозное пучение. Почва являет собой естественное самостоятельное органически-минеральное тело, которое находится в поверхностном слое земной литосферы. А понятие грунта включает в себя не только почву, но и горные породы, и техногенные образования, и осадки.

Фундамент, как несущая строительная конструкция, принимает на себя нагрузки от конструкций, расположенных сверху. Нагрузки распределяются по основанию строения, то есть по грунтовым массивам определенного объема. Фундаменты чаще всего делают из камня, стали или бетона и закладывают ниже глубины промерзания. Такой подход позволяет предотвратить выпучивание (деформацию с расширением объема в результате замерзания воды) и избыточное давление на несущую конструкцию.

В зависимости от региона, типа грунта и соответствующей глубины заложения, строителям целесообразно использовать следующие виды фундаментов:

по конструктивным особенностям — столбчатый, ленточный, свайный, плитный, континуальный;
по выбранному материалу — каменный, железо- или ячеистобетонный.

Способы определения глубины промерзания

Что показывает глубина промерзания грунта? Число обозначает максимальное расстояние от поверхности до нулевой температурной отметки внутри почвы в сезон минимальных температур. Данные определяются инструментальным методом в течение десятилетия, заносятся в специальные таблицы. Вся вода, которая есть в почве, расширяется при преобразовании в лед. Вспученный таким образом грунт будет давить на фундамент. Чтобы избежать этих рисков, нужно делать закладку ниже уровня промерзания.

Наиболее точно глубину сезонного промерзания (и проникания в грунт нулевой температуры) определяют с помощью мерзлотомера (см. ГОСТ 24847-81 — Методы определения глубины сезонного промерзания). Указанная методика распространяется на песчаные, глинистые и крупнообломочные грунты – кроме скальных грунтов и вечной мерзлоты.

Специалисты по строительству, действующие согласно нормативов РФ, перед закладкой фундамента всегда учитывают глубину промерзания грунта. Этот усредненный показатель можно посмотреть на карте в строительных нормах и правилах (СНиП 2.01.01-82) или высчитать по формулам из СНиП 2.02.01-83, пункт 2.27. Таким образом, если вы будете углубляться в вопрос и искать информацию, вам пригодится официальная документация: строительные нормативы “Строительная климатология и геофизика”, а также “Основания зданий и сооружений”.

Определяем глубину промерзания грунта по формуле

В случаях, когда глубина промерзания грунта в вашем географическом регионе не превышает 2,5 метров, можно определить норматив сезонного промерзания по формуле.

dfn=dО ·√ Mt,

где

dfn – сезонное промерзание грунта в метрах;
dО – средневзвешенная величина в пределах глубины промерзания для неоднородных грунтов или цифра из таблицы, в метрах;
Mt – коэффициент, выражающий суммарное значение абсолютных показателей среднемесячных зимних минусовых температур в определенном регионе (данные берут из СНИПа по климатологии и геофизике либо используют информацию гидрометеорологов).

Есть формула расчетного значения сезонной глубины промерзания грунта:

df = kh · dfn,

в которой kh является коэффициентом с учетом влияния теплового режима здания или сооружения. Значение kh в зданиях без отопления принимается за 1,1 (актуально для наружных и внутренних фундаментов только для районов с положительной среднегодовой температурой), а для внешних фундаментов отапливаемых зданий берется из таблицы. Если вас интересует расчет df для региона с отрицательной среднегодовой температурой, воспользуйтесь СП 25.13330: Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах.

Разница между нормативной и фактической глубиной промерзания

Представленные в таблицах данные по глубине промерзания грунта немного отличаются от реальных. Если провести эксперимент и замерить температуру грунта в холодное время года на произвольно выбранном участке, глубина промерзания может быть на 30% меньше, чем в нормативных таблицах. Особенно на этот показатель влияет фактор отопления здания в холодное время года. Глубина расположения нулевой температуры может находиться выше, если участок или дом имеют теплоизоляцию (тепло на участке сохраняет даже слой снега или льда, посаженные по периметру дома кустарники, специальные ленточные утеплители).

Сильное влияние на глубину промерзания оказывает уровень залегания грунтовых вод в данной местности. Чем выше расположен этот уровень, тем более значительное разрушающее воздействие может оказать замерзшая вода. Большое количество подземных вод делает грунт склонным к вспучиванию. Чтобы снизить нагрузку на фундамент, обеспечить снижение водяной подпитки и степень пучинистости почвы, применяют гидротехнические методы, в частности, обустраивают дренажные системы и глиняные экраны.

Закладка Постоянная ссылка.

Глубина промерзания грунта в Московской обл

Зимний период характеризуется промерзанием почв на определённую глубину, что сопровождается застыванием содержащейся в грунте воды, приводящим к расширению и увеличению объёма. Почва, увеличившаяся в объёме, оказывает воздействие на фундамент строения, что приводит к его сдвигам и нарушению естественного положения.
Промерзание оказывает отрицательное воздействие, избежать которого можно заложив основание ниже уровня промерзания. Указанный показатель зависит от типа почвы (глина, песок, супесь) и климатической зоны (среднегодовые показатели температуры в конкретном регионе).

Определение уровня промерзания в соответствии с требованиями СНиП

Устанавливается глубина промерзания в соответствии с положениями СНиП 2.02.01-83. Указывается, что нормативная глубина определяется исходя из средних показателей сезонного промерзания в конкретном регионе, выявленных в результате наблюдений проводимых в течение 10 лет. Внимание! Наблюдения проводятся на открытых, горизонтальных площадках очищенных от снежного покрова, при условии, что глубина залегания грунтовых вод, ниже уровня промерзания.
Если многолетние наблюдения не проводились, то степень промерзания определяется посредством теплотехнических расчётов. Если работы проводятся в местности, где почва не промерзает больше чем на 2.5 метра, то для расчётов используется формула: dfn=d0 √Mt.

Расшифровка формулы:
Mt – коэффициент, сравнимый в численном выражении с абсолютными значениями средних минусовых температур в течение зимнего периода в конкретном регионе (если необходимые наблюдения не велись, то берутся данные гидрометеорологических станций, работающих в идентичных климатических зонах).
d0 – величина, равная уровню промерзания, характерному для конкретного типа почвы.

Согласно требованиями СНиП указанные величины, имеют следующие значения:

глина (суглинки) – 0.23м;
крупнообломочная почва – 0.34м;
пески (супеси) – 0.28м;
гравелистый песок – 0.30м.

Если необходимо узнать расчётную глубину, то используется следующая формула: df = kh dfn.

Расшифровка формулы:

dfn – нормативная глубина степени промерзания почвы (указана в подпунктах 2.26 – 2.27 СНиП 2.02.01-83).
kh – коэффициент теплового режима здания, применимый для внешних фундаментов отапливаемых зданий (если работы ведутся с неотапливаемыми объектами, то kh=1.1).

Уровень промерзания почвы в Москве и Подмосковье

Уровень промерзания грунта в Подмосковье зависит от степени насыщения почвы влагой в конкретной местности. Указанный показатель является крайне вариабельным для данного региона и варьируется в пределах 0.4 – 2 метра. Максимальные показатели характерны для районов с наиболее влажным и плотным грунтом, при условии, что будут иметь место крепкие и устойчивые морозы. Когда на участке рыхлая почва, а влага отсутствует, уровень промерзания будет крайне низким.

Фактически в Московской области почва редко промерзает, более чем на метр. Можно ориентироваться на конкретные данные, приведённые для каждого из районов:

Сергиев-Посад – 1.4м;
Наро-Фоминск – 0.6 – 1м;
Можайск – 0.6м;
Волоколамск – 0.7 – 1.2м;
Дубна – 1.5 – 2.1м;
Подольск – 0.4м.

Характерно, что в населённых пунктах, расположенных поблизости от Москвы уровень промерзания варьируется в пределах 0.7 – 1.2 метра. Южные районы, такие как Чехов и Серпухов, могут похвастаться показателями 0.4 – 0.8 метра. Наибольшие показатели отмечаются в северных районах области: Клин (1.8), Талдом (1.3), Дмитров (1.6).

Непосредственно в Москве степень промерзания почвы варьируется в пределах 1.2 – 1.32 метра. Конкретные показатели следует рассчитывать исходя из типа почвы на конкретном участке и наблюдений, проводимых в течение длительного времени. Если пренебречь расчётами, то последствия для здания могут быть плачевными.

Полезные материалы

Усиление фундаментов

Достаточно часто в строительстве зданий и сооружений можно столкнуться с проблемой, когда фундамент находится в аварийном состоянии.

(PDF) Реакция сезонной глубины промерзания почвы на изменение климата в Китае

и Чжан, Т.: InSAR обнаруживает увеличение оседания поверхности, вызванное пожаром в арктической тундре,

Geophysical Research Letters, 41, 3906-3913 , 2014а.

Лю, Л., Шефер, К., Гусмероли, А., Гроссе, Г., Джонс, Б.М., Чжан, Т., Парсекян, А.Д., и

Зебкер, Гавайи: поселение сезонных оттепелей в осушенных бассейнах термокарстовых озер , Arctic Alaska,

Атмосферная химия и физика, 8, 815, 2014b.

M, C. X. L. J. H. J. W. Y. P. Z. Y. L. Z. G. Y. C. F. Q. Z. Y .: Влияние растительности на вечную мерзлоту:

a обзор, Acta Ecologica Sinica, 32, 7981-7990, 2012.

Ma, L.-J. и Цинь, Д.-Х .: Пространственно-временные характеристики наблюдаемых ключевых параметров для снежного покрова

в Китае в 1957-2009 гг., Журнал гляциологии и геокриологии, 34, 1-11, 2012.

Майклсон, Дж. Дж., Пинг К. и Кимбл Дж .: Хранение и распределение углерода в тундровых почвах

Арктической Аляски, США, Arctic and Alpine Research, 1996.414-424, 1996.

Morison, J., Aagaard, K. и Steele, M .: Недавние изменения окружающей среды в Арктике: обзор,

Arctic, 2000. 359-371, 2000.

Mu, К., Чжан, Т., Ву, К., Цао, Б., Чжан, X., Пэн, X., Ван, X., Чжэн, Л., Ван, К., и

Ченг, Г. : Углеродные и азотные свойства вечной мерзлоты над горой Эболинг в верхнем течении

бассейна реки Хэйхэ, Северо-Западный Китай, Арктика, Антарктика и Альпийские исследования, 47,

Nelson, F.E .: (Un) замороженные во времени, Science, 299, 1673, 2003.

Nelson, FE и Outcalt, SI: вычислительный метод для прогнозирования и районирования вечной мерзлоты

, Arctic and Alpine Research, 1987. 279-288 , 1987.

Osterkamp, T., Viereck, L., Shur, Y., Jorgenson, M., Racine, C., Doyle, A., and Boone, R .:

Наблюдения за термокарстом и его влиянием на бореальные леса на Аляске, США, Арктика, Антарктика,

и Alpine Research, 2000.303-315, 2000.

Парк, Х., Федоров, А.Н., Железняк, М.Н., Константинов, П.Я., и Уолш, Дж. Э .: Влияние снежного покрова

на температурный режим вечной мерзлоты в Панарктике, Климатическая динамика, 44, 2873 -2895, 2015.

Park, H., Kim, Y., and Kimball, JS: Широко распространенная уязвимость вечной мерзлоты и активный слой почвы

увеличивается в высоких северных широтах, по данным спутникового дистанционного зондирования и оценок модели

, удаленные Восприятие окружающей среды, 2016.2016.

Парк, Х., Уолш, Дж., Федоров, А., Шерстюков, А., Иидзима, Ю. и Охата, Т .: Влияние климатических и гидрологических переменных

на противоположную аномалию в активной зоне. толщина слоя между

водоразделами Евразии и Северной Америки, Криосфера, 7, 631-645, 2013.

Пэн, X., Чжан, Т., Цао, Б., Ван, К., Ван, К., Шао , W., and Guo, H .: Изменения индекса замерзания-оттаивания

и глубины промерзания почвы в бассейне реки Хэйхэ, западный Китай, Арктика,

, Антарктика и альпийские исследования, 48, 161-176, 2016.

Пэн, X., Чжан, Т., Чжун, X., Ван, Q., и Ван, К.: Пространственные и временные вариации NDVI

и его реакция на метеологические факторы в бассейне реки Хэйхэ гор Цилиан, Журнал

Университет Ланьчжоу (естественные науки), 2013. 192-202, 2013.

Петерсон, Т.К., Восе, Р., Шмойер, Р., и Разуваев, В.: Глобальная историческая климатологическая сеть

(GHCN) контроль качества ежемесячных данных о температуре, International Journal of Climatology, 18,

Peterson, T.К. и Восе, Р.С.: Обзор базы данных температуры Глобальной исторической климатологической сети

, Бюллетень Американского метеорологического общества, 78, 2837-2849, 1997.

Раванель, Л., Аллиньол, Ф., Делайн, П. ., Грубер, С., и Равелло, М.: Каменные водопады в массиве Монблан

в 2007 и 2008 годах, оползни, 7, 493-501, 2010.

Криосфера Обсуждение., Doi: 10.5194 / tc- 2016-129, 2016

Рукопись на рецензировании для журнала The Cryosphere

Дата публикации: 14 июля 2016 г.

Автор (ы) 2016.Лицензия CC-BY 3.0.

Междесятилетние изменения глубины промерзания и периода промерзания грунта в районе источника трех рек в Китае с 1960 по 2014 г. В Китае в период с 1960 по 2014 год были проанализированы тенденции глубины промерзания, первой даты, последней даты и продолжительности замерзания почвы, а также других метеорологических переменных, таких как температура воздуха, высота снежного покрова и количество осадков, наблюдаемых в тех же местах.Результаты показали следующее. (1) Непрерывный, ускоренный тренд к уменьшению глубины промерзания в TRSR проявился в периоды 1985–2014 и 2000–2014 годов по сравнению с периодом 1960–2014 годов. (2) Первая дата замораживания была отложена, а последняя дата замораживания значительно продвинута. Продвинутые тенденции в отношении замораживания последней даты были более значительными, чем отложенные тенденции в отношении замораживания первой даты. Продолжительность замораживания также ускорилась. (3) На глубину и период промерзания сильно влияли температура воздуха, индекс таяния и влажность почвы (осадки), но не снег.Глубина замораживания, первая дата замораживания, последняя дата замораживания и продолжительность также влияли друг на друга. (4) Ожидается, что эти тенденции к уменьшению глубины и продолжительности замерзания продолжатся, учитывая тенденции к повышению температуры воздуха и осадков в этом регионе.

1. Введение

Мерзлая почва — чувствительный индикатор изменения климата. Это сильно коррелирует с температурой воздуха [1–3]. Как наблюдения, так и моделирование показывают, что условия мерзлых почв в настоящее время быстро меняются в ответ на глобальное потепление.Температура почвы продолжала повышаться в течение последних нескольких десятилетий [1, 4, 5]; уменьшились площади вечной мерзлоты и сезонной мерзлоты [6–8]; активный слой стал намного толще [9–12]; изменились ландшафты [13–15]. Такое ухудшение мерзлого грунта окажет глубокое влияние на энергетические и гидрологические циклы за счет ускорения разложения органического углерода в почве и увеличения выброса CO ₂ из почвы в атмосферу, изменяя наземные экосистемы и тем самым создавая петлю положительной обратной связи. ведущие к дальнейшему изменению климата [16–21].

Глубина и период замерзания (включая дату начала замерзания, дату последнего замерзания и продолжительность) мерзлого грунта, на которые сильно влияют температура воздуха, снег, влажность почвы и растительность [22–26], являются важными показателями замерзания. почвенные условия. Их междесятилетние изменения, а также вариации климатических переменных в местном и региональном масштабах все еще относительно плохо изучены. Основным препятствием для понимания реакции мерзлого грунта на изменение климата, а также взаимодействия между почвой и атмосферой является отсутствие долгосрочных наблюдений.По этой причине другие климатические показатели, такие как температура почвы и минимальная температура воздуха, данные дистанционного зондирования и численное моделирование, используются для характеристики глубины промерзания и периода промерзания грунта. Frauenfeld et al. [27] применили метод линейной интерполяции для определения глубины изотермы 0 ° C на основе данных о температуре почвы, измеренных на глубине от 0,2 до 3,2 м, с использованием данных о среднемесячной температуре почвы, собранных между 1930 и 1990 годами с 242 станций, расположенных по всей России.Они обнаружили, что активный слой вечной мерзлоты увеличился на 20 см, а глубина сезонного мерзлого грунта уменьшилась на 34 см в период с 1956 по 1990 год. Anandhi et al. [28] и Wang et al. [25] рассчитали дату первого замораживания, дату последнего замораживания и продолжительность периода заморозков почвы на основе минимальных суточных температур воздуха в Канзасе, США и Китае. Все их результаты показали, что первая дата замораживания была отложена, а последняя дата была перенесена на период их исследования. Используя данные специального микроволнового датчика / тепловизора (SSMI) на Тибетском плато (TP), Li et al.[29] обнаружили тенденцию к более позднему началу замерзания почвы примерно на 10 дней и к более ранней дате начала таяния почвы примерно на 14 дней за период 1988–2007 гг. В последнее время численное моделирование использовалось для исследования изменений в цикле замораживания-оттаивания приповерхностных слоев почвы в ответ на потепление на ТП с 1981 по 2010 гг. [24]. Подобные результаты были найдены и в другом месте. Однако следует отметить, что хотя изотерма 0 ° C и минимальная температура воздуха могут использоваться как оценка глубины промерзания и периода промерзания почвы; они не совпадают с «истинным» значением.В то время как данные дистанционного зондирования и численное моделирование могут анализировать пространственные вариации, долгосрочные трещины между десятилетними вариациями не могут быть показаны из-за нехватки данных.

Район истоков трех рек (TRSR) расположен там, где берут начало две самые длинные реки Китая, Янцзы и Желтая, и транснациональная река Меконг (называемая в Китае Ланканг). Он расположен на северо-востоке ТП, который представляет собой мозаичную переходную зону сезонной мерзлоты и прерывистой и сплошной вечной мерзлоты [30, 31].Этот регион особенно чувствителен к воздействиям изменения климата [4, 32–36]. Одно надежное наблюдение состоит в том, что температура воздуха в этом регионе повышалась в среднем на 0,32–0,36 ° C за десятилетие ^–1 за последние полвека (с 1960 по 2010 гг.) [33, 35], в то время как средняя скорость составила было определено, что оно будет даже больше, если измерять его за последние 35 лет (десятилетие 0,46 ° C ⁻¹ между 1980 и 2014 годами) [4]. Это потепление происходит быстрее, чем средние значения, наблюдавшиеся за тот же период времени на ТП и Китае [37–41].В этом исследовании мы использовали наблюдаемые данные о глубине промерзания почвы, полученные с метеорологических станций, для изучения междесятилетних изменений глубины и периода промерзания в TRSR с 1960 по 2014 годы. Используя данные 14 станций, мы проанализировали тенденции глубины промерзания и период замораживания (включая первую дату, последнюю дату и продолжительность) мерзлого грунта и изучил их взаимосвязь с температурой воздуха, индексом таяния, высотой снежного покрова и осадками, а также друг с другом.

2. Данные и методы

Основные данные, использованные в этом исследовании, включают наблюдаемую глубину промерзания почвы, температуру воздуха, высоту снежного покрова и количество осадков.Данные были доступны для 14 метеорологических станций, расположенных на всей территории TRSR (Рисунок 1). В том числе 11 метеостанций на 55 лет (с 1960 по 2014 г.) и три метеостанции на 30 лет (с 1980 по 2014 г.). Все данные собирались ежедневно на этих станциях, которые расположены в зоне сезонного мерзлого грунта. Список станций представлен в Таблице 1, а расположение станций показано на Рисунке 1. Глубина промерзания почвы измерялась один раз в день (08:00 по пекинскому времени) с использованием прибора для измерения мерзлого грунта, когда земля температура поверхности была ниже 0 ° C [42].Как правило, установка мерзлого грунта размещалась в естественном растительном покрове в поле наблюдения [42]. Покров наблюдательного поля на этих метеостанциях представлял собой типичный альпийский луг с высотой полога не более 0,20 м летом и не более 0,05 м зимой (рис. 2). Аппарат для мерзлого грунта состоял из двух основных труб: внешней и внутренней. Внутренняя трубка представляла собой резиновую трубку с чистой водой. Глубина промерзания грунта определялась глубиной промерзания воды во внутренней трубе [42].Максимальная глубина замерзания была выбрана из всех ежедневных данных о глубине замерзания для каждого года, чтобы представить годовую глубину замерзания. Данные были представлены, когда глубина промерзания превышала максимальный диапазон устройства для мерзлого грунта в исходных данных. Глубина замерзания в этом году не была включена в это исследование. Высота снежного покрова измерялась один раз в день (08:00 по пекинскому времени) с использованием снежной шкалы, когда снежный покров составлял более 0,5. Данные основаны на среднем значении трех измерений [42]. Чтобы охватить весь период возможных событий замораживания, годовые значения первой даты замораживания, последней даты замораживания и продолжительности замораживания были рассчитаны для каждого года, начинающегося 1 сентября предыдущего года и заканчивающегося 31 августа текущего года. , когда глубина застывания не равнялась нулю.

9035 использовались тенденции в Matlab (Math-Works) для определения трендов глубины промерзания, первой даты, последней даты и продолжительности замерзания грунта.Линейные тренды также использовались для выявления тенденций в других климатических переменных, включая температуру воздуха, индекс таяния, максимальную высоту снежного покрова, годовые осадки, весенние (март, апрель и май) осадки, летние (июнь, июль и август) осадки и осенние (сентябрь, октябрь, ноябрь) осадки в тех же местах. Предыдущие исследования показали значительные резкие изменения глубины промерзания в середине 1980-х и 1999 гг. На ТП [43, 44]. Недавнее исследование также показало, что в течение периода 1998–2013 гг. В течение периода TP возникла тенденция к ускоренному потеплению по сравнению с периодом 1980–1997 гг. [39].В этом исследовании 1985 и 2000 годы были выбраны как моменты времени, когда можно было надежно оценить междекадные вариации. Таким образом, вариации были разбиты на три разных временных периода: с 1960 по 2014 год (последние 55 лет), с 1985 по 2014 год (последние 30 лет) и с 2000 по 2014 год (последние 15 лет). Корреляционный анализ, который является широко используемым методом статистической диагностики в современных исследованиях климатического анализа [45], использовался для выявления взаимосвязей между глубиной промерзания, первой датой, последней датой и продолжительностью замерзания почвы с другими климатическими переменными.Чтобы охватить весь период с возможными событиями замораживания, корреляция между датой первого замораживания, последней датой и продолжительностью с другими вынуждающими переменными была рассчитана для каждого года, начинающегося 1 сентября предыдущего года и заканчивающегося 31 августа текущего года. год. Индекс оттаивания TI представляет собой сумму средних температур воздуха Ti на основе ежемесячных данных при температуре воздуха выше нуля; то есть для
3. Результаты
3.1. Изменения глубины промерзания грунта
В таблице 2 и на рисунке 3 показаны тенденции изменения глубины промерзания на TRSR в 1960–2014 гг. Глубина промерзания показала статистически значимое уменьшение (at) в течение 1960–2014, 1985–2014 и 2000–2014 годов на TRSR. Глубина промерзания почвы уменьшилась на 10 станциях, в то время как на одной станции (Юшу) она увеличилась лишь незначительно, со средним значением –3,98 см за декаду ^–1 за последние 55 лет. За последние 30 лет тенденция к снижению наблюдалась на 13 станциях, в то время как на одной станции (Руоергай) рост был незначительным со средним значением −8.Декада 93 см ⁻¹. Этот результат был аналогичен, но немного ниже, чем в нашем предыдущем исследовании, где -10,61 см декада ^-1 был зарегистрирован с помощью модифицированного теста тренда Манна-Кендалла и оценки наклона Сена по данным наблюдений девяти метеорологических станций за последние 35 лет (1980 г. –2014) [4]. Тенденции к снижению также наблюдались на 13 станциях за последние 15 лет со средней скоростью -13,98 см за декаду ^-1. Было зарегистрировано только два значительных увеличения (at). Они происходили на станции Юшу в период 1960–2014 гг. И в течение 2000–2014 гг., Их количество составляло 2.85 и 12,79 см декада ⁻¹ соответственно. Общие тенденции к снижению показали, что в районах с сезонной мерзлотой почва с каждым годом промерзает на все меньшую глубину. Кроме того, в периоды 1985–2014 и 2000–2014 годов в TRSR появилась тенденция к непрерывному ускорению снижения по сравнению с периодом 1960–2014 годов. Чистое изменение составило уменьшение глубины промерзания на 21,89 см в 2014 году по сравнению с 1955 годом и еще большее уменьшение на 26,79 см с 1985 по 2014 год, при уменьшении на 20.97 см зафиксировано за последние 15 лет.

125

90hai 2014 90 ° 32 3412712 9012 9012 1960–1960 1960–2014


Станция	Номер	Широта (° N)	Долгота (° E)	Высота (м)	Период данных
52943	35 ° 35 ′	99 ° 59 ′	3323	1960–2014
Tongde	52957	35 ° 16 ′	100 ° 39122 1960–
Zeku	52968	35 ° 02 ′	101 ° 28 ′	3663	1960–2014
Zaduo	56018	4066	1960–2014
Юшу	56029	33 ° 01 ′	97 ° 01 ′	3681	1960–2014
28127				100 ° 15 ′	3719	1960–2014
Dari	56046	33 ° 45 ′	99 ° 39 ′	3968	1960–2014
34 ° 44 ′	101 ° 36 ′	3500	1960–2014
Руоергай	56079	33 ° 35 ′	102 ° 58 ′	344012	Nangqian	56125	32 ° 12 ′	96 ° 29 ′	3644	1960–2014
Changdu	56137	31 ° 09 ′
Чжидуо	56016	33 ° 51 ′	95 ° 36 ′	4179	1985–2014
Кумалай	56021		56021 34 ° ′	4175	1985–2014 9 0127
Maduo	56033	34 ° 55 ′	98 ° 13 ′	4272	1985–2014

Изменения в периоде замораживания почвы

Таблица 3 и рисунок 4 показывают тенденции, наблюдаемые в отношении первой даты замораживания, последней даты замораживания и продолжительности замораживания на TRSR в течение периода исследования.Дата первого замораживания претерпела значительную задержку за последние 55 лет, когда она была отложена на 10 станциях в среднем на 3,20 дня за декаду ⁻¹. За последние 30 лет эта отложенная тенденция наблюдалась на 13 станциях со средней скоростью 5,65 дней за декаду ⁻¹. За последние 15 лет отложенный тренд имел место на 10 станциях со средней частотой 9,11 дней за декаду ⁻¹. Было только 2 значительных увеличения даты первого замораживания (at), которые наблюдались на станции Мадуо в 1985–2014 гг. И на станции Чангду в течение 2000–2014 гг., Со скоростью –5.91 и −5,68 дней декады ⁻¹ соответственно. Эти тенденции в датах первого замерзания указывают на то, что на TRSR почва промерзала все позже и позже каждый год, и в течение 2000–2014 годов в регионе появилась тенденция к ускоренному росту, по сравнению с тем, что было в 1985–2014 и 1960–2014 годах. Чистое изменение составило 17,60-дневную задержку даты первого замораживания в 2014 году по сравнению с 1955 годом; задержка на 16,95 дня с 1985 по 2014 год; и 13,67-дневная задержка с 1985 по 2014 год.

Синхай

Tongde

Zeku

Zaduo

Юйшу

Guoluo

Дари

Хэнань

Ruoergai

Nangqian

Changdu

Zhiduo

Кумалай

Мадуо

Среднее значение

1960–2014

−8.17

−5,19

−12,24

−10,96

2,85

−5,63

−1,80

2,22

−0,05

−2,44

−4,62

нет

−3,98

1985–2014

−13,44

−0,19

−10,52

−14,77

−5,49

−16,91

−9,34

−16,91

−9,34

−14.44

−5,99

−12,99

−2,97

−8,93

2000–2014

−28,36

−4,68

−13,82

−14,11

−14,11 4,18

−10,11

−0,96

−3,14

−15,57

−13,89

−57,04

−17,54

−13,98

Дата последней подписки 9127 на всех станциях за последние 55 лет, и эта тенденция оказалась значимой на восьми станциях (в) со средней скоростью −3.55-дневная декада ⁻¹. За последние 30 лет значительно опережающий тренд (at) наблюдался на 13 станциях со средней скоростью –9,42 дней декад ^-1. За последние 15 лет значительный тренд (at) произошел на 8 станциях со средней скоростью −10,64 дней за декаду ⁻¹. Чистое изменение было на 19,53 дня больше даты последнего замораживания в 2014 году по сравнению с 1955 годом и еще большим увеличением на 28,26 дня в период с 1985 по 2014 год. В период с 1985 по 2014 год это значение составляло 15.96 дн. Опережающая тенденция даты последнего замораживания была более значительной, чем тенденция задержки даты первого замораживания во всех трех периодах исследования.

Судя по приведенным выше данным, продолжительность замораживания существенно сократилась в периоды 1960–2014, 1985–2014 и 2000–2014 годов. Тенденции в датах продолжительности замораживания варьировались от -16,21 до -2,65 дней, декады ^-1, со средним значением -7,52 дня декады ^-1 за последние 55 лет. Тенденция к значительному снижению (at) произошла на 13 станциях со средней скоростью -14.74 дня декады ⁻¹ за последние 30 лет. За последние 15 лет тенденция к значительному снижению (at) произошла на 12 станциях со средней скоростью −16,90 дней за декаду ⁻¹. Было только одно значительное увеличение продолжительности замораживания (at), наблюдавшееся на станции Чанду в период 2000–2014 гг., Со скоростью 11,39 дней за декаду ^–1. Эти тенденции к снижению также указывают на то, что в районах с сезонно мерзлой почвой почва остается замороженной в течение меньшего количества дней каждый год, и в течение периодов 1985–2014 и 2000–2014 гг. В TRSR проявилась тенденция к ускоренному сокращению продолжительности замерзания в периоды 1985–2014 гг. И 2000–2014 гг. период 1960–2014 гг.Чистое изменение заключалось в уменьшении продолжительности замораживания на 41,36 дня в 2014 году по сравнению с 1955 годом и еще более значительном уменьшении на 44,22 дня с 1985 по 2014 год, в то время как за последние 15 лет наблюдалось сокращение на 25,35 дня.

4. Обсуждение

4.1. Изменения вынуждающих переменных

Глубина и период замерзания сильно зависят от внешних вынуждающих переменных, таких как температура воздуха [24, 25], снег [27] и растительность [23, 26]. Они также связаны с гидрологией почв и термическими условиями [20, 21, 26].Влажность почвы, которая в значительной степени связана с глубиной и периодом замерзания, не изучалась в такой степени, как другие климатические переменные, такие как температура воздуха и осадки, потому что данные не являются широко доступными ни для пространственного, ни для временного охвата. В целом изменения количества осадков хорошо соответствуют изменениям влажности почвы. По этой причине изменения количества осадков использовались для характеристики изменений влажности почвы [46]. В этом исследовании, чтобы изучить возможные причины наблюдаемых тенденций глубины и периода замерзания с 1960 г., усредненные временные ряды были связаны со средней годовой температурой воздуха, индексом таяния, максимальной высотой снежного покрова и ежегодными, весенними, летними и осенними осадками. .

Как указано в Таблице 4, температура воздуха и индексы оттаивания значительно увеличились (на) во всех трех периодах исследования. За последние 55 лет средний тренд температуры воздуха соответствовал десятилетнему повышению на 0,30 ° C ⁻¹. Эта тенденция была относительно аналогична предыдущим исследованиям, которые зафиксировали тенденцию к увеличению на 0,32–0,34 ° C за десятилетие ^–1 по данным наблюдений в период 1960–2010 годов [33, 35]. Тенденция изменения температуры воздуха в 1985–2014 гг. (Средняя скорость: 0,62 ° C за десятилетие ⁻¹) была даже выше, чем в период 2000–2014 гг. (0.61 ° C декада ⁻¹). Эти две тенденции были больше, чем десятилетие ⁻¹ 0,46 ° C, зарегистрированное в этом регионе с 1980 по 2014 год [4], что означает, что с 1985 года над TRSR возникла тенденция к значительному ускоренному потеплению. также появлялись в течение 2000–2014 гг. (средняя скорость: 3,83 ° C · декада ^-1), по сравнению с периодом 1985-2014 гг. (3,60 ° C · декада ^-1) и 1960-2014 гг. (1,56 ° C). · Месяц декада ⁻¹).Изменение максимальной высоты снежного покрова существенно не отличалось между всеми тремя периодами исследования. Положительные тенденции годового количества осадков были обнаружены во все периоды, но только одна четкая тенденция к увеличению наблюдалась за последние 15 лет (62,82 мм декада ^-1). Осадки весной, летом и осенью также показали тенденцию к увеличению за три периода исследования. Значительные тенденции к увеличению наблюдались весной в 1960–2014 гг. И в период 2000–2014 гг. Со скоростью 1,64 и 17,43 мм за десятилетие ^–1, соответственно.Линейные тренды снега и осадков соответствовали результатам теста модифицированного тренда Манна-Кендалла (MMK) и трендам уклона Сена [4].

122 Dugari2 Yushu12 1960–16 52122 5,29 1985–2014 40,43 .37 1985–2014

Xinghai

Tongde

Zeku

Zaduo

Nangqian

Changdu

Zhiduo

Qumalai

Maduo

Среднее значение

Первая дата замораживания

7,59

1,05

4,73

2,19

0,36

4,95

2,03

3,09

0,41

2,18

нет

2,08

13,05

3,68

2,40

4,93

1,47

4,25

5,37

16,83

5,10

2,29

7.45

15,39

−5,91

5,65

2000–2014

6,39

10,68

2,68

16,86

−5,68

13,64

10,04

−1,54

9,11

Дата последнего замораживания

1960–2014

−2,42

−8,643

−6,51

−0,52

−3,50

−4,72

−1,29

−5,26

−5,22

−3,31

нет

1,82

−11,44

−10,56

−9,59

−5,12

−8,95

−4,74

−8,55

−12,97 −11,4

−7.86

−24,03

−9,42

2000–2014

0,79

−15,82

−18,89

−5,61

−10,79

−0,32

−19,36

−1,82

−8,64

−1,61

−17,14

−10,64

Продолжительность замораживания

1960 −2014

−11,82

−2,65

−3,65

— 9,79

— 3,89

−8,93

−9,42

−6,02

нет

0,91

−26,72

−13,49

−13,00

−10,69

−10,63

−7,10

−13,59

−30,38

−13,59

−30,38

−13,59

−30,38

−13,59

−30,38

−13,59

−30,38

−13,59

−30,38

−13,59

.07

−23,59

−17,32

−14,74

2000–2014

−2,31

−25,58

−15,69

−16,53

−28,02

−98.09

−22.40

11.39

−18.40

−5.74

−9.87

−16.90


	1960–2014	1985–2014	2000–2014

декада Температура воздуха	0,61
Индекс размораживания (° C · месяц / декада)	1.56	3,60	3,83
Максимальная высота снежного покрова (см / декада)	−0,05	0,54	0,57
Годовое количество осадков (мм / декада)	512 19,32
Весенние осадки (мм / декада)	1,64	3,90	17,43
Летние осадки (мм / декада)	1,35	10,24	39,50
0.00	5,65	3,53

4.2. Связь с вынуждающими переменными

Взаимосвязи между вынуждающими переменными с глубиной замораживания, первой датой, последней датой и продолжительностью для трех разных периодов времени на TRSR представлены в таблице 5. Усредненные временные ряды, которые были связаны с вынуждающими переменными показаны на рисунках 5, 6, 7 и 8.

глубина и переменные воздействия 0,2912128

1960–2014

1985–2014

2000–2014

Температура воздуха

−0.88

−0,89

−0,83

Индекс оттаивания

−0,75

−0,78

−0,72

Максимальная высота снежного покрова

0,04

за год

−0,15

−0,40

−0,53

Весенние осадки

−0,27

−0,39

Летние осадки

−0.08

0,30

−0,39

Первая дата замораживания

−0,52

−0,60

−0,56

Первая дата замораживания и переменные форсирования

0,54

Индекс оттаивания

0,68

0,70

0,59

Годовые осадки

0,28

0.16

Осенние осадки

0,34

0,50

0,37

Дата последнего замораживания и переменные принуждения

Индекс оттаивания

−0,81

−0,79

−0,45

Максимальная высота снежного покрова

0,10

0,20

−0.41

Годовые осадки

−0,28

−0,38

−0,40

Осадки весной

−0,41

−0,32

−0,5012

−0,32

Глубина замораживания

0,75

0,71

0,58

Продолжительность замораживания и переменные принуждения

Температура воздуха

-0.83

−0,83

−0,62

Индекс оттаивания

−0,80

−0,81

−0,52

Максимальная высота снежного покрова

0,08

за год 0,2

−0,27

−0,33

−0,27

Осенние осадки

0,01

−0,20

0,277

Весенние осадки

−0.41

−0,28

−0,44

Летние осадки

−0,12

−0,21

−0,15

Глубина замерзания

0,69

Как показано в Таблице 5 и на Рисунке 5, с 1960 по 2014 год глубина промерзания значительно отрицательно коррелировала с температурой воздуха, индексом таяния, датой первого замерзания и осадками, но не с высотой снежного покрова.Самой сильной взаимосвязью была отрицательная корреляция с температурой воздуха (at), что указывало на то, что по мере увеличения средней годовой температуры воздуха глубина промерзания уменьшалась. Второй по значимости корреляцией был индекс оттаивания, и эта обратная зависимость показывала, что чем дольше температура воздуха оставалась выше 0 ° C, тем ниже было промерзание грунта. Третья по величине корреляция была связана с датой первого замораживания, и эта обратная зависимость указывала на то, что более позднее промерзание почвы было связано с меньшей глубиной промерзания почвы.Глубина промерзания также показывает обратную зависимость от годовых и весенних осадков, и со временем эта корреляция усиливается. По данным, максимальная глубина промерзания для большинства станций приходилась на весну, за исключением отдельных станций, где максимальная глубина промерзания приходилась на зиму и лето. Что касается неглубокого слоя почвы, механизм обратной связи по влажности почвы показал, что увеличение влажности почвы привело к увеличению скорости испарения, что привело к поглощению энергии из окружающей почвы, что привело к снижению температуры почвы, несмотря на повышение температуры воздуха [46]. ].Но для глубокого слоя почвы увеличение влажности почвы может быть коррелировано с увеличением скорости оттаивания, когда энергия передается в окружающую почву, поскольку эти температуры были выше, чем у мерзлой почвы, вызывая повышение температуры почвы [4]. . Это привело к значительной отрицательной зависимости между глубиной промерзания и влажностью почвы. Из Таблицы 5 очевидно, что не было никакой корреляции между глубиной промерзания и высотой снежного покрова, за исключением последних 15 лет, когда наблюдалась отрицательная корреляция, но это не очевидно.Этот результат сильно отличается от результатов, полученных в России и Северной Америке, где температурный режим мерзлого грунта и изменение глубины промерзания существенно отрицательно коррелировали с высотой снежного покрова [1, 22, 27, 46]. Как известно, в России и Северной Америке устойчивые снежные покровы оказывают значительное влияние на активный слой из-за его теплоизоляционного эффекта, который может уменьшить радиационное охлаждение. Следовательно, снежный покров сохраняет почву в тепле и предотвращает ее промерзание.Судя по данным, максимальная высота снежного покрова на TRSR была очень мелкой по сравнению с Россией и Северной Америкой. Это говорит о том, что снег не оставался на земле в течение длительного периода времени; таким образом, эффект теплоизоляции снега не был бы значительным. Влияние температуры воздуха, индекса таяния и влажности почвы указывает на то, что будущие изменения температуры воздуха и количества осадков могут иметь большое влияние на глубину промерзания. Ожидается, что тенденция к уменьшению глубины промерзания продолжится из-за тенденций к увеличению температуры воздуха и осадков на TRSR.

Согласно Таблице 5 и Рисунку 6, дата первого замораживания положительно коррелировала с температурой воздуха, индексом оттаивания, годовым количеством осадков и осенними осадками. Сильная взаимосвязь (at) была корреляциями, включающими индекс оттаивания и температуру воздуха, что указывает на то, что, поскольку температура воздуха оставалась выше 0 ° C в течение определенного периода, а средняя годовая температура воздуха увеличивалась, дата первого замораживания была отложена. Дата первого замораживания также показала положительную взаимосвязь с годовыми и осенними осадками, указывая на то, что чем выше влажность почвы, тем позже промерзание почвы.Осенью почва отдает тепло воздуху, в результате чего температура почвы понижается. Влажные почвы имеют более высокую теплоемкость, чем сухие почвы, поскольку теплоемкость воды намного превышает теплоемкость воздуха. Следовательно, влажные почвы замедляют скорость снижения температуры и сохраняют почву в тепле, а первый срок замораживания откладывается.

Дата последнего замораживания отрицательно коррелировала с температурой воздуха, индексом оттаивания и количеством осадков и положительно ассоциировалась с глубиной промерзания (Таблица 5 и Рисунок 7).Неудивительно, что температура воздуха и индекс оттаивания также были сильными внешними факторами воздействия. Третья по величине корреляция была связана с глубиной промерзания, и эта положительная связь указывала на то, что чем тоньше промерзшая почва, тем раньше она оттаивала. Дата последнего замораживания также отрицательно связана с ежегодными, весенними и летними осадками, указывая на то, что чем выше содержание влаги в почве при оттаивании почвы, тем раньше она оттаивала. Одно из возможных объяснений состоит в том, что увеличение влажности почвы могло привести к увеличению скорости оттаивания, высвобождению энергии в окружающую почву в результате того, что эти температуры были выше, чем у мерзлой почвы, что ускорило скорость оттаивания почвы [4]. .Последняя дата замораживания также не имела очевидной связи с высотой снежного покрова. Были некоторые положительные корреляции относительно последних 55 и 30 лет, в то время как слабая отрицательная корреляция наблюдалась в течение последних 15 лет.

В течение 1960–2014 годов температура воздуха, индекс оттаивания, глубина промерзания и годовые осадки явно и существенно влияли на продолжительность замерзания с отрицательной корреляцией между температурой воздуха, индексом оттаивания и годовым количеством осадков и положительной корреляцией по глубине промерзания ( Таблица 5 и Рисунок 8).Кроме того, взаимосвязь между высотой снежного покрова и продолжительностью замерзания за последние 55 лет меньше коррелировала. Ожидается, что тенденция к уменьшению продолжительности замерзания продолжится с увеличением температуры воздуха и осадков, а также с уменьшением глубины промерзания на TRSR.

Кроме того, взаимодействие характеристик растительности и почвы очень сложное. Исследования показали, что растительность оказывает важное влияние на глубину таяния вечной мерзлоты [23, 26]. Как показано на Рисунке 2, растительность в этом районе представляет собой типичный альпийский луг [47, 48], а с 1980 года его количество сократилось [49, 50].Меньшее количество растительности могло повлиять на распределение влажности почвы и косвенно повлиять на глубину промерзания и продолжительность промерзания. Однако изменения растительности в поле метеорологических наблюдений все еще оставались неясными. Необходимы дальнейшие исследования для определения взаимодействия между растительностью и мерзлым грунтом в этом регионе.

5. Заключение

Непрерывная, ускоренная тенденция к уменьшению глубины промерзания наблюдалась в TRSR в периоды 1985–2014 и 2000–2014 годов по сравнению с периодами 1960–2014 годов.Темпы уменьшения составляли -3,98 см за декаду ^-1 за последние 55 лет, -8,93 за декаду ^-1 за последние 30 лет и -13,98 см за декаду ^-1 за последние 15 лет. Чистое изменение составило уменьшение глубины промерзания на 21,89 см в 2014 году по сравнению с 1955 годом и еще большее снижение на 26,79 см с 1985 по 2014 год. За последние 15 лет наблюдалось уменьшение на 20,97 см.

Первая дата замораживания была отложена, в то время как последняя дата замораживания значительно увеличилась за последние 55 лет.Продвинутые тенденции в отношении последней даты замораживания были более значительными, чем отложенные тенденции в отношении первой даты замораживания во всех трех периодах исследования. Продолжительность замораживания также ускорилась в периоды 1960–2014, 1985–2014 и 2000–2014 годов. Скорость уменьшения составила -7,52 дней за декаду ^-1 за последние 55 лет, -14,74 дней за декаду ^-1 за последние 30 лет и -16,90 дней за декаду ^-1 за последние 15 лет. Чистое изменение составило 41,36 дня сокращения продолжительности замораживания в 2014 году по сравнению с 1955 годом и даже больше на 44 дня.С 1985 по 2014 год он снизился на 22 дня, тогда как за последние 15 лет он снизился на 25,35 дня.

Глубина и период промерзания сильно зависели от температуры воздуха, индекса таяния и влажности почвы (осадки), но не от снега. Глубина замораживания, первая дата замораживания, последняя дата замораживания и продолжительность замораживания также влияли друг на друга. Глубина промерзания значительно отрицательно коррелировала с температурой воздуха, индексом оттаивания, датой начала замерзания и количеством осадков. Дата первого заморозка положительно коррелировала с температурой воздуха, индексом оттаивания, годовым и осенним количеством осадков.Температура воздуха, индекс оттаивания, глубина промерзания и годовые осадки оказали явное и значительное влияние на продолжительность замерзания, при этом наблюдались отрицательные корреляции в отношении температуры воздуха, индекса таяния и годового количества осадков, а также положительные корреляции, связанные с глубиной промерзания. Ожидается, что тенденции к уменьшению глубины и продолжительности замерзания продолжатся в результате тенденций к увеличению температуры воздуха и осадков на TRSR.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (номера

104, 41375077 и

214).

Сезонный процесс промерзания-оттаивания и гидротермальные характеристики почвы на Лессовом плато, Китай

Ан В.Д., Чен ХБ, Ву З.В. (1987) Анализ численного моделирования тепломассопереноса под каналом при замерзании. J Glaciol Geocryol 9 (1): 35–46. (На китайском языке)

Google ученый

Ассоциированный комитет по геотехническим исследованиям (1988) Глоссарий вечной мерзлоты и связанных с ней терминов, связанных с грунтовым льдом.Технический меморандум 142, Национальный исследовательский совет Канады, Оттава, Онтарио. p156.

Google ученый

Кэри Дж. У., Папендик Р. И., Кэмпбелл Г. С. (1979) Движение воды и соли в ненасыщенной мерзлой почве: принципы и полевые наблюдения. Soil Sci Soc Am J 43 (1): 3–8. https://doi.org/10.2136/SSSAJ1979.03615995004300010001X

Статья Google ученый

Chang LY, Dai CL, Shang YH, et al.(2014) Анализ изменения профиля влажности мерзлых грунтов в зоне аэрации в условиях промерзания-оттаивания и незамерзания-оттаивания. J Glaciol Geocryol 36 (4): 1031–1041. (На китайском языке)

Google ученый

Chen B, Li JP (2008) Характеристики пространственных и временных изменений сезонных и краткосрочных мерзлых грунтов в Китае за последние 50 лет. Chin J Atmos Sci 32 (3): 432–443. (На китайском языке) https://doi.org/10.3878/j.issn.1006-9895.2008.03.02

Google ученый

Chen JF, Zheng XQ, Qin ZD и др. (2013) Влияние мульчи из кукурузной соломы на пространственно-временные изменения влажности и температуры почвенного профиля в период замораживания-оттаивания. Trans Chin Soc Agric Eng 29 (20): 102–110. (На китайском языке) https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-6819.2013.20.015

Google ученый

Chou YL, Li YE, Wang LJ и др.(2019) Влияние сезонного замерзания и оттаивания на гидротермальные изменения неглубоких ненасыщенных почв в западном бассейне реки Вэйхэ. J Glaciol Geocryol 41 (4): 926–936. (На китайском языке)

Google ученый

Dai LC, Ke X, Zhang FW и др. (2020) Характеристики гидротермальной связи в процессе промерзания-оттаивания почвы в регионах с сезонной мерзлотой почвы на Тибетском плато. J Glaciol Geocryol 42 (2): 390–398. (На китайском языке)

Google ученый

Dai HY, Chen GW, Wu JH и др.(2020) Скорость потепления замедляется, а температура резко меняется в регионах средних и высоких широт. Arid Zone Res 37 (2): 275–282. (На китайском языке) https://doi.org/10.13866/j.azr.2020.02.01

Google ученый

Du J, Jian J, Hong JC и др. (2012) Реакция сезонной мерзлоты почвы на изменение климата в регионе Тибета с 1961 по 2010 гг. J Glaciol Geocryol 34 (3): 512–521. (На китайском языке)

Google ученый

Фанг Р.Л. (1982) Предварительное исследование динамического режима воды и соли в период промерзания и оттаивания почвы.Acta Pedol Sin 19 (2): 164–172. (На китайском языке)

Google ученый

Fremond M, Lassoued R (2000) Дождь, падающий на мерзлую землю. В: Thymus J.F. Ground Freezing. Балкема, Роттердам, Нидерланды. С. 25–30. https://doi.org/10.1201/9781003078654-6

Frauenfeld OW, Zhang TJ, Mccreight JL (2007) Изменения индекса замерзания / оттаивания в Северном полушарии в течение двадцатого века. Int J Climatol 27 (1): 47–63.https://doi.org/10.1002/joc.1372

Статья Google ученый

Fu CB, Dan L, Wu J и др. (2013) Вариация и резкое изменение максимальной глубины мерзлого грунта над Синьцзяном на фоне глобального потепления, 1961–2005 гг. J Glaciol Geocryol 35 (6): 1410–1418. (На китайском языке)

Google ученый

Fu Q, Li TN, Li TX и др. (2015) Влияние мульчирования соломой на влажностные характеристики почвы в период сезонного замораживания-оттаивания.Trans Chin Soc Agric Mach 46 (6): 141–146. (На китайском языке) https://doi.org/10.6041/j.issn.1000-1298.2015.06.020

Google ученый

Фукуда М., Орхун А., Лютин Дж. Н. (1980) Экспериментальные исследования совместного теплопереноса и влагопереноса в почвах во время промерзания. Cold Reg Sci Tech 3 (2–3): 223–232. https://doi.org/10.1016/0165-232X(80)

-2

Статья Google ученый

Gao R, Wei ZG, Dong WJ (2003) Международные вариации даты начала и даты окончания замерзания почвы на Тибетском плато.Журнал Glaciol Geocryol 25 (1): 49–54. (На китайском языке)

Google ученый

Guo ZR, Jing EC, Nie ZL, et al. (2002) Анализ характеристик влагопереноса почвы в период промерзания и оттаивания. Adv Water Sci 13 (3): 298–302. (На китайском языке) https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-6791.2002.03.006

Google ученый

Харлан Р.Л. (1973) Анализ связанного переноса теплоносителя в частично мерзлой почве.Water Resour Res 9 (5): 1314–1323. https://doi.org/10.1029/wr009i005p01314

Статья Google ученый

He QH, He YH, Bao WK (2003) Исследование динамики влажности почвы в засушливых и полузасушливых горных районах. Mt Res 21 (2): 149–156. (На китайском языке) https://doi.org/10.3969/j.issn.1008-2786.2003.02.003

Google ученый

Ху Г.Дж. (2014) Исследования гидротермических процессов на поверхности и в почве в районах вечной мерзлоты на плато Цинхай-Сицзан (Тибет).Кандидатская диссертация, Институт экологических и инженерных исследований холодных и засушливых регионов Китайской академии наук, Ланьчжоу. (На китайском языке)

Google ученый

Huang XF, Wang Q, Zeng DC (1993) Экспериментальное исследование движения водно-тепловых солей в замерзающих-тающих почвах. Trans Chin Soc Agric Eng 9 (3): 28–33. (На китайском языке) https://doi.org/10.3321/j.issn:1002-6819.1993.03.005

Google ученый

Калюжный И.Л., Лавров С.А. (2017) Механизм влияния глубины промерзания почвы на зимний сток.Водный ресурс 44 (4): 604–613. https://doi.org/10.1134/s0097807817040078

Статья Google ученый

Karunaratne KC, Burn CR (2003) n-факторы замораживания в прерывистой местности с вечной мерзлотой, река Тахини, территория Юкон, Канада. В кн .: Материалы 8-й Международной конференции по вечной мерзлоте. pp 519–524.

Келленерс Т.Дж. (2013) Совмещенный поток воды и перенос тепла в сезонно мерзлых почвах со снегонакоплением.Зона Вадосе J 12 (4): 1–11. https://doi.org/10.2136/vzj2012.0162

Статья Google ученый

Корен В., Шаак Дж., Митчелл К. и др. (1999) Параметризация снежного покрова и мерзлого грунта, предназначенная для моделей погоды и климата NCEP. Журнал Geophys Res: Earth Surf 104 (D16): 19569–19585. https://doi.org/10.1029/1999jd

Статья Google ученый

Курылык Б.Л., Маккуори КТБ, Маккензи Дж.М. (2014) Влияние изменения климата на грунтовые воды и температуру почвы в регионах с холодным и умеренным климатом: последствия, математическая теория и новые инструменты моделирования.Earth-Sci Rev 138: 313–334. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2014.06.006

Статья Google ученый

Лай Ю.М., Пей В.С., Чжан М.Ю. и др. (2014) Исследование теоретической модели процесса гидротермомеханического взаимодействия в насыщенном промерзшем илистом грунте. Int J Heat Mass Transf 78 (5): 805–819. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2014.07.035

Статья Google ученый

Li DF, Лю TX, Лю XY и др.(2012) Анализ температуры почвы и процесса промерзания-оттаивания на песчаной земле Хоркин с особенностями песчано-луговых земель. Желтая река 34 (5): 82–85, 88. (на китайском языке) https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-1379.2012.05.028

Google ученый

Li HX, Xia ZQ, Ma GH (2007) Влияние изменения содержания воды на температурный процесс почвы и водообмен. Дж. Хохай Univ (Естественные науки) 35 (2): 172–175. (На китайском языке) https://doi.org/10.3321/j.ISSN: 1000-1980.2007.02.012

Google ученый

Li RP, Shi HB, Takeo A, et al. (2007) Характеристика температуры воздуха и водно-солевого переноса в период замерзания и оттаивания. Trans Chin Soc Agric Eng 23 (4): 70–74. (На китайском языке) https://doi.org/10.3321/j.issn:1002-6819.2007.04.013

Google ученый

Лю XY, Лю QL, Лю TX и др. (2015) Правила динамического водно-теплосолевого переноса в почве хоркинского луга в период промерзания и оттаивания.Adv Water Sci 26 (3): 331–339. (На китайском языке) https://doi.org/10.14042/j.cnki.32.1309.2015.03.004

Google ученый

Лу Дж. Г., Чжан М. Ю., Пей В. С. (2019) Гидротермическое поведение грунта под различными поверхностями на Цинхай-Тибетском плато. Холодный регистр Sci Tech 161: 99–106. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2019.03.002

Статья Google ученый

Лу JG, Zhang MY, Zhang XY и др.(2017) Экспериментальное исследование содержания незамерзшей воды и температуры замерзания во время процессов замораживания и оттаивания. Chin J Rock Mech Eng 36 (7): 1803–1812. (На китайском языке) https://doi.org/10.13722/j.cnki.jrme.2016.1433

Google ученый

Лу Н., Ликос В.Дж. (2012) Механика ненасыщенных почв. Вэй С.Ф., Хоу Л., Цзянь В.Х. Перевод. Первое издание. Пекин: Пресса о высшем образовании. С. 41–57. (На китайском языке)

Google ученый

Luo SQ, Lu SH, Zhang Y (2008) Разработка и проверка схемы параметризации мерзлого грунта в модели Common Land.Холодный регистр Sci Tech 55 (1): 130–140. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2008.07.009

Статья Google ученый

Лютин Дж. Н., Гаймон Г. Л. (1974) Зависимость влажности почвы от температуры растительности и температуры в центральной части Аляски. J. Hydrol 23 (3–4): 233–246. https://doi.org/10.1016/0022-1694(74)

-5

Статья Google ученый

Филип Дж. Р., Де Фрис Д. А. (1957) Движение влаги в пористых материалах при перепадах температуры.Эос, Trans Am Geophys Union 38 (2): 222–232. https://doi.org/10.1029/tr038i002p00222

Статья Google ученый

Путу Э., Криннер Дж., Гентон С. и др. (2004) Роль промерзания почвы в будущих изменениях климата в северных широтах. Clim Dyn 23 (6): 621–639. https://doi.org/10.1007/s00382-004-0459-0

Статья Google ученый

Ren JQ, Wang DN, Liu YX и др. (2019) Суточные колебания замерзания-оттаивания почвы и их взаимосвязь с температурой воздуха и почвы в провинции Цзилинь.J Glaciol Geocryol 41 (2): 324–333. (На китайском языке)

Google ученый

Riseborough DW (2003) Индексы оттаивания и замерзания в активном слое. В кн .: Материалы 8-й Международной конференции по вечной мерзлоте. pp 953–958.

Продавцов С (2000) Теория переноса воды при таянии снега с движущейся поверхностью. Cold Reg Sci Tech 31 (1): 47–57. https://doi.org/10.1016/s0165-232x(00)00006-9

Статья Google ученый

Sheng Y, Ma W, Wen Z, et al.(2005) Анализ разницы в тепловом состоянии южного склона и северного склона железнодорожной насыпи в районе вечной мерзлоты. Chin J Rock Mech Eng 24 (17): 3197–3201. (На китайском языке) https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-6915.2005.17.031

Google ученый

Шерстюков А.Б., Шерстюков Б.Г. (2015) Пространственные особенности и новые тенденции теплового режима почвы и глубины ее сезонного протаивания в зоне вечной мерзлоты. Русс Метеорол Гидрол 40 (2): 73–78.https://doi.org/10.3103/s1068373

0016

Статья Google ученый

Шуп С.А., Бигл С.Р. (1997) Миграция влаги во время замерзания и оттаивания ненасыщенных почв: моделирование и крупномасштабные эксперименты. Холодный регистр Sci Tech 25 (1): 33–45. https://doi.org/10.1016/s0165-232x(96)00015-8

Статья Google ученый

Сингх А.К., Чаудхари Д.Р. (1995) Оценка свойств теплопередачи и влагопереноса в системе замерзшая-незамерзшая вода-почва.Int J Heat Mass Transf 38 (12): 2297–2303. https://doi.org/10.1016/0017-9310(94)00283-2

Статья Google ученый

Spaans EJA, Baker JM (1996) Характеристика промерзания почвы: ее измерение и сходство с характеристикой влажности почвы. Soil Sci Soc Am J 60 (1): 13–19. https://doi.org/10.2136/sssaj1996.03615995006000010005x

Статья Google ученый

Тан Дж, Лян С., Чжан Х и др.(2014) Исследование характеристик водно-солевого переноса и изменений активности ферментов в период замораживания-оттаивания засоленных щелочных рисовых почв в западной провинции Цзилинь. J Jilin Univ (Earth Sci Ed) 44 (2): 636–644. (На китайском языке) https://doi.org/10.13278/j.cnki.jj Portuguese.201402209

Google ученый

Тейлор Г.С., Лютин Дж. Н. (1978) Модель комбинированного переноса тепла и влаги при замерзании почвы. Может Geotech J 15 (4): 548–555.https://doi.org/10.1139/t78-058

Статья Google ученый

Тыртиков А.П. (1963) Влияние растительности на многолетнемерзлые почвы. В кн .: Данные о принципах изучения мерзлых зон земной коры Выпуск III. Национальный исследовательский совет Канады, технический перевод, Оттава, Канада. стр 1088.

Google ученый

Ван Х.Л. (2005) Экспериментальное моделирование переноса воды и тепла в почве в дюнах, чередующихся с заболоченными участками на песчаных землях Хоркин.Магистерская работа, Сельскохозяйственный университет Внутренней Монголии, Хух-Хото, Внутренняя Монголия. (На китайском языке)

Google ученый

Ван К., Чжан Т.Дж. (2013) Пространственное и временное распределение и вариации количества дней приповерхностного промерзания почвы в Китае, 1956–2006 гг. Adv Earth Sci 28 (11): 1269–1275.

Google ученый

Ван TH, Li N, Xie DY (2004) Гравитационный потенциал, всасывание матрицы и тепловой потенциал ненасыщенной лессовой почвы.Журнал Geotech Eng 26 (5): 715–718. (На китайском языке) https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-4548.2004.05.030

Google ученый

Wang XW (2010) Изучение закона замерзания и оттаивания почвы и моделирование гидрологических свойств в северной зоне сезонно мерзлых почв. Кандидатская диссертация, Северо-восточный сельскохозяйственный университет, Харбин, провинция Хэйлунцзян. (На китайском языке)

Google ученый

Xing SY, Liu H, Zheng XQ и др.(2012) Влияние толщины кукурузной мульчи на температуру почвы в период замерзания-оттаивания. J Taiyuan Univ Technol 43 (6): 741–744 + 780. (На китайском языке) https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-9432.2012.06.023

Google ученый

Xu XT, Wang YB, Bai RQ и др. (2016) Сравнительные исследования механического поведения замороженного природного соленого илистого песка и замороженного опресненного илистого песка. Cold Reg Sci Tech 132: 81–88. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2016.09.015

Артикул Google ученый

Xu XT, Wang YB, Yin ZH и др. (2017) Влияние температуры и скорости деформации на механические характеристики и конститутивная модель замороженного лесса Хелин. Cold Reg Sci Tech 136: 44–51. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2017.01.010

Статья Google ученый

Xu XZ, Wang JC, Zhang LX (2001) Физика мерзлых грунтов.Пекин: Science Press. (На китайском языке)

Google ученый

Ян Дж. П., Ян С. К., Ли М. и др. (2013) Уязвимость мерзлых грунтов к изменению климата в Китае. J Glaciol Geocryol 35 (6): 1436–1445. (На китайском языке)

Google ученый

Ян С.Х., Лей З.Д., Чжу Кью и др. (1988) Численное моделирование пароводяного транспорта. J Tsinghua Univ (Sci Technol) 23 (s1): 112–120.(На китайском языке)

Google ученый

Юэ CT, Лю XY, Лю TX и др. (2016) Изменить правила температуры почвы и максимальной глубины промерзания в период замерзания-оттаивания в песках Хоркин и луговых угодьях. Водосбережение бычьей почвы 36 (6): 84–91. (На китайском языке) https://doi.org/10.13961/j.cnki.stbctb.2016.06.015

Google ученый

Zhang MY, Pei WS, Li SY и др. (2017) Экспериментальный и численный анализ термомеханической устойчивости насыпи с тенистыми и солнечными склонами в районах вечной мерзлоты.Appl Therm Eng 127: 1478–1487. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.08.074

Статья Google ученый

Zhang XY, Zhang MY, Pei WS, et al. (2018) Экспериментальное исследование гидротермических характеристик и морозостойкости насыщенного ила в замкнутой системе замораживания. Appl Therm Eng 129: 1447–1454. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.10.116

Статья Google ученый

Zheng XQ, Chen JF, Xing SY и др.(2009) Изменение температуры почвы в пахотном слое и характеристики промерзания-оттаивания почвы в период сезонного промерзания и оттаивания. J Дренаж иррига 28 (3): 65–68. (На китайском языке) https://doi.org/10.13522/j.cnki.ggps.2009.03.020

Google ученый

Zheng XQ, Fan GS, Xing SY (2002) Движение влаги в сезонной ненасыщенной промерзшей-талой почве. Пекин: Геологическое издательство. (На китайском языке)

Google ученый

Чжоу Ю.В., Гуо Д.Х., Цю GQ и др.(2000) Геокриология в Китае. Science Press. (На китайском языке)

Реакция сезонной глубины промерзания почвы на изменение климата в Китае

Исследовательская статья 05 мая 2017

Исследовательская статья | 05 мая 2017

Xiaoqing Peng ¹, Tingjun Zhang ¹, Oliver W. Frauenfeld ², Kang Wang ³, Bin Cao ¹, Xinyue Zhong ⁴, Hang Su ¹ Muic и Cuic Xiaoqing Peng et al.Xiaoqing Peng ¹, Tingjun Zhang ¹, Oliver W. Frauenfeld ², Kang Wang ³, Bin Cao ¹, Xinyue Zhong ⁴, Hang Su ¹ Muic и Cuic

¹ Ключевая лаборатория экологических систем Западного Китая (Министерство образования), Колледж наук о Земле и окружающей среде, Ланьчжоу Университет, Ланьчжоу, 730000, Китай
² Географический факультет Техасского университета A&M, Колледж-Стейшн, Техас 77843-3147, США
³ Институт арктических и альпийских исследований, Университет Колорадо, Боулдер, Боулдер, Колорадо 80309, США
⁴ Северо-Западный институт экологии и ресурсов, китайский Академия наук, Ланьчжоу 730000, Китай

¹ Ключевая лаборатория экологических систем Западного Китая (Министерство образования), Колледж наук о Земле и окружающей среде, Ланьчжоу Университет, Ланьчжоу, 730000, Китай
² Географический факультет Техасского университета A&M, Колледж-Стейшн, Техас 77843-3147, США
³ Институт арктических и альпийских исследований, Университет Колорадо, Боулдер, Боулдер, Колорадо 80309, США
⁴ Северо-Западный институт экологии и ресурсов, китайский Академия наук, Ланьчжоу 730000, Китай

Переписка : Тинцзюнь Чжан (tjzhang @ lzu.edu.cn)

Скрыть данные об авторе Получено: 25 мая 2016 г. — Начало обсуждения: 14 июля 2016 г. — Исправлено: 9 марта 2017 г. — Принято: 3 апреля 2017 г. — Опубликовано: 5 мая 2017 г.

Реакция сезонной глубины промерзания почвы на изменение климата сказывается на поверхностном энергетическом и водном балансе, экосистемах, углеродном цикле и обмене питательных веществ в почве. Несмотря на свою важность, реакция глубины промерзания почвы на изменение климата в значительной степени неизвестна.В этом исследовании используется решение Стефана и наблюдения с 845 метеорологических станций для изучения реакции изменений глубины промерзания почвы на изменение климата в Китае. Наблюдения включают суточные температуры воздуха, суточные температуры почвы на различных глубинах, среднемесячные температуры воздуха с привязкой к сетке и нормализованный разностный индекс растительности. Результаты показывают, что глубина промерзания почвы значительно уменьшилась со скоростью -0,18 ± 0,03 см ^-1, что привело к чистому уменьшению на 8.05 ± 1,5 см за 1967–2012 гг. По Китаю. В региональном масштабе глубина промерзания почвы колебалась от 0,0 до 0,4 см ^-1 в большинстве районов Китая в 1950–2009 гг. Изучая возможные климатические и экологические факторы, влияющие на изменчивость глубины промерзания почвы, мы обнаруживаем, что средняя годовая температура воздуха и температура поверхности земли, индекс таяния воздуха, индекс таяния поверхности земли и рост растительности отрицательно связаны с глубиной промерзания почвы. Изменения высоты снежного покрова не коррелируют с глубиной промерзания почвы.Показатели промерзания воздуха и поверхности земли положительно коррелируют с глубиной промерзания почвы. Сравнивая эти потенциальные движущие факторы глубины промерзания почвы, мы обнаруживаем, что индекс промерзания и рост растительности сильнее коррелируют с глубиной промерзания почвы, в то время как высота снежного покрова не имеет значения. Мы делаем вывод, что повышение температуры воздуха является причиной уменьшения глубины сезонного промерзания. Эти результаты важны для понимания динамики замерзания-оттаивания почвы и воздействия глубины промерзания почвы на экосистему и гидрологический процесс.

Моделируемая суточная глубина оттаивания и глубина замерзания

Армстронг, Р.Л., и М.Дж. Бродзик. 2002. Еженедельная сетка снежного покрова и морского льда в Северном полушарии EASE-Grid, версия 2 . Боулдер, Колорадо: Национальный центр данных по снегу и льду. CD-ROM.

Бродзик, М.Дж. 1997. EASE-Grid: универсальный набор равновеликих проекций и сеток. Боулдер, Колорадо, США: Национальный центр данных по снегу и льду.

Браун, Дж., О.Дж. Феррианс-младший, Дж. Хегинботтом, Э. Мельников. 1998. Цифровая циркумарктическая карта вечной мерзлоты и состояния грунтового льда . В Международная ассоциация вечной мерзлоты, рабочая группа по данным и информации, сост. Циркумполярная система многолетней мерзлоты с активным слоем (CAPS), версия 1.0. Боулдер, Колорадо: Национальный центр данных по снегу и льду. CD-ROM.

Чанг, A.T.C., Дж.Л. Фостер и Д.К. Зал. 1987. СММР «Нимбус-7» вычислило глобальные параметры снежного покрова . Анналы гляциологии 9: 39-44.

Global Soil Data Task. 2000. Глобальная сетка поверхностей выбранных характеристик почвы . Международная программа геосферы-биосферы — данные и информационные услуги (IGBP-DIS). Центр распределенного активного архива Национальной лаборатории Окриджа (ORNL). Доступно в Интернете по адресу http://www.daac.ornl.gov.

Гудрич, Л. 1982. Эффективный численный метод решения одномерных тепловых задач с фазовым переходом. Международный журнал тепломассообмена 21: 615-621.

Holden, J.B., C.J. Vörösmarty, S. Frolking, R. Lammers. 2001. Крупномасштабная модель водного баланса вечной мерзлоты. Исследования в Арктике и Альпах . Под давлением.

Э. Калнай, М. Канамицу, Р. Кистлер, В. Коллинз, Д. Девен, Л. Гандин, М. Иределл, С. Саха, Г. Уайт, Дж. Вулен, Ю. Чжу, М. Челлия, W. Ebisuzaki, W. Higgens, J. Janowiak, KC Мо, К. Ропелевски, Дж. Ван, А.

Леэтма, Р. Рейнольдс, Р. Дженн и Д. Джозеф. 1996. 40-летний проект повторного анализа NCEP / NCAR.Бюллетень Американского метеорологического общества 77: 437-471.

Керстен, М. 1949. Лабораторные исследования по определению термических свойств почв. Заключительный отчет. Университет Миннесоты, экспериментальная инженерная станция.

Лунардини, В.Дж. 1988. Теплопроводность при замораживании и оттаивании. Монография, 88-1. Инженерный корпус армии США Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов.

Метеорологическая служба Канады (MSC). 2000. Канадский компакт-диск с данными о снеге .Даунсвью, Онтарио, Канада: Метеорологическая служба Канады, проект CRYSYS, Отдел климатических процессов и наблюдения Земли.

Эльке К., Т. Чжан, М. Серрез и Р. Армстронг. 2003. Моделирование замерзания / оттаивания почв в Арктическом водосборном бассейне в региональном масштабе. Журнал геофизических исследований 108 (D10) (май).

Sturm, M., J. Holmgren, and G.E. Листон. 1995. Система классификации сезонного снежного покрова для местного и глобального применения. Журнал климата 8: 1261-1283.

Zhang, T., J.A. Хегинботтом, Р. Барри и Дж. Браун. 2000. Дополнительные статистические данные о распространении вечной мерзлоты и грунтового льда в Северном полушарии. Полярная география 24 (2): 126-131.

Zhang, T., R.G. Барри, К. Ноулз, Дж. А. Хегинботтом и Дж. Браун. 1999. Статистика и характеристики распространения вечной мерзлоты и грунтового льда в Северном полушарии. Полярная география 23 (2): 147-169.

Zhang, T., T.E. Остеркамп, К. Стамнес.1996. Влияние глубинного инея сезонного снежного покрова на термический режим почвы. Исследование водных ресурсов 32 (7): 2075-2086.

СБОР СВЯЗАННЫХ ДАННЫХ

Центр обработки данных Frozen Ground

Характеристики промерзания-оттаивания почв и водного транспорта при различных типах растительности в сезонных промерзающих-оттаиваниях Лессового плато

Аннотация

В засушливых и полузасушливых регионах Лёссового плато сезонное замерзание и оттаивание влияет на движение почвенных вод, а движение воды напрямую влияет на рост растительности.Однако в настоящее время исследования процессов промерзания и оттаивания различных типов растительности и механизма движения почвенных вод отсутствуют. Таким образом, в настоящем исследовании изучались характеристики миграции воды в почве для двух типичных типов растительности (арочная [AL] и кустарниковая [SL]) на Лессовом плато во время сезонных процессов замерзания и оттаивания с использованием голых земель (BL) в качестве контроля. Мы использовали данные полевых измерений почасовой температуры почвы (ST) и влажности почвы (SWC) на глубине 100 см от поверхности почвы с ноября 2017 года по март 2018 года.Процесс замораживания и оттаивания был разделен на три стадии в зависимости от изменения ST (начальный период замораживания, период стабильного замораживания и период оттаивания). Результаты показали, что: 1) максимальная глубина промерзания AL и SL составила 60 см, что на 30 см меньше, чем у BL. Дата промерзания каждого слоя почвы в BL была самой ранней, а среднее значение ST было самым низким. BL имела самую высокую степень промерзания. Промерзание всех слоев почвы в AL произошло позже, чем в SL. ST и минимальные температуры промерзания почвы были выше, чем у SL, а способность AL противостоять промерзанию была выше; 2) SWC в AL и BL на глубинах 0–10 см и 10–30 см уменьшились, тогда как SWC в AL и BL на глубине 60 см увеличились на 152% и 146% соответственно.SWC SL на глубинах почвы 0–10 см, 10–30 см и 30–60 см увеличились на 46,3%, 78,4% и 205% соответственно. Количество и распределение влаги в почве в SL были оптимальными по сравнению с AL и BL. Результаты настоящего исследования могут предоставить научную основу для восстановления растительности в засушливых и полузасушливых районах Лессового плато.

Сокращение продолжительности и уменьшение площади мерзлого грунта в северном полушарии

Abstract

Изменения в приповерхностных циклах замерзания-оттаивания почвы (FTC) имеют решающее значение для понимания соответствующих гидрологических и биологических процессов в наземных экосистемах в условиях меняющегося климата.Однако долгосрочная динамика почвенных FTCs в масштабе полушария и лежащие в основе механизмы не совсем понятны. В этом исследовании пространственно-временные закономерности и основные движущие факторы FTC почвы в Северном полушарии (NH) в период 1979–2017 гг. Были проанализированы с использованием подходов слияния данных из нескольких источников и атрибуции. Наши результаты показали, что продолжительность и среднегодовая площадь мерзлого грунта в NH значительно уменьшились со скоростью 0,13 ± 0,04 дня / год и 4,9 × 10 ⁴ км ² / год, соответственно, за последние 40 лет.Это произошло главным образом из-за того, что дата появления мерзлого грунта значительно задержалась на 0,1 ± 0,02 дня / год, в то время как время окончания замерзания и начала оттаивания было значительно опережающим на 0,21 ± 0,02 и 0,15 ± 0,03 дня в год, соответственно. Более того, межгодовые изменения FTC были более резкими в Евразии, чем в Северной Америке, особенно в средних широтах (30–45 ° с.ш.) и в арктических регионах (> 75 ° с.ш.). Что еще более важно, наши результаты подчеркнули, что приземная температура воздуха ( T _a) и снежный покров являются основными движущими факторами пространственно-временных вариаций FTC почвы.Кроме того, наши результаты показали, что долгосрочную динамику FTC почвы в масштабе полушария следует учитывать в моделях земной биосферы, чтобы уменьшить неопределенности в будущих симуляциях.

Ключевые слова: циклов замерзания-оттаивания, продолжительность замерзания, температура воздуха, водный эквивалент снега, влажность почвы

Введение

Циклы замораживания-оттаивания приповерхностных слоев почвы (FTC) — это естественные процессы, при которых вода в почве замерзает и многократно тает из-за периодических колебаний температуры в средних и высоких широтах, а также в высокогорных районах.Процессы замораживания-оттаивания приводят к изменениям физических и химических свойств и микробной активности, напрямую влияя на гидротермальные условия почвы1, тем самым влияя на обмен парниковыми газами между землей и атмосферой2. эвапотранспирация и динамика стока, 3 гидротермальные изменения почвы, вызванные аномальными ПТК на Цинхай-Тибетском плато, могут оказать заметное влияние на атмосферную циркуляцию в Восточной Азии, в дальнейшем изменяя характер выпадения осадков летом в восточном Китае.4 ^, 5 Кроме того, изменения в экофизиологических процессах растений, вызванные FTC почвы, значительно влияют на продуктивность и структуру растительности в альпийских экосистемах.6 В контексте глобального потепления модель FTC, вероятно, будет претерпевать более резкие изменения и, таким образом, оказывать более сильное воздействие. по наземным экосистемам, что делает динамику FTC важной темой исследования.

Подсчитано, что на сезонно промерзшие регионы и периодически промерзший грунт приходится 50,6% и 6.6%, соответственно, площади суши в Северном полушарии (NH) 7, что указывает на то, что более половины земель в NH ежегодно подвергаются FTC. Более того, недавно наблюдался очевидный и быстрый сдвиг в структуре FTC почвы.8 В частности, в высоких широтах сообщалось о более частых FTC, 9 более раннем начале таяния, 10 меньшей глубине промерзания 9 и уменьшении площади вечной мерзлоты11. Однако большинство предыдущих исследований в основном были сосредоточены на высокоширотных регионах Северной Америки12 и Евразии 9 и на Цинхай-Тибетском плато 13, в то время как сравнительно мало исследований было проведено в масштабе полушария.14 Кроме того, изменения в переходном состоянии, которые происходят между преимущественно мерзлым и талым состояниями, редко исследовались, несмотря на их экологическое значение.15

Процессы замерзания-оттаивания почвы чувствительны к окружающей среде и температуре приповерхностного воздуха ( T _a), снежный покров и поверхностная влажность почвы (SM) оказались основными факторами, контролирующими изменения в FTC. 12 Многочисленные исследования показали, что увеличение T _a является причиной для сокращения сроков промерзания почвы, 14 продолжительности, 16 и глубины.17 С другой стороны, снежный покров и процессы абляции могут влиять на альбедо поверхности земли, теплопроводность и подвижность воды, изолируя почву от атмосферы, тем самым влияя на характеристики FTC, включая частоту, интенсивность и продолжительность FTC18. В современной литературе в основном рассматривается сильная связь между снежным покровом и FTC с точки зрения параметров снежного покрова, таких как его наличие, протяженность и продолжительность, согласно данным, полученным с помощью оптического спутникового дистанционного зондирования.19 С развитием методов и алгоритмов обнаружения данные об водном эквиваленте снега (SWE), полученные с микроволновых датчиков, могут предоставить информацию о глубине снежного покрова, что может способствовать дальнейшему освещению влияния свойств снега на FTC.20 SM является еще одним важным фактором что контролирует FTC. Первоначальное содержание влаги в почве определяет процессы замораживания-оттаивания, частично влияя на теплопроводность почвы.21 Несмотря на растущее количество исследований, все еще существует большая неопределенность в отношении важнейших факторов изменения FTC, особенно с точки зрения соответствующих масштабов воздействия т. _a, SM и снежный покров.

Учитывая вышеупомянутые проблемы, в этом исследовании были приняты долгосрочные согласованные продукты состояния замораживания-оттаивания и модели регрессии, полученные с помощью спутниковых наблюдений, чтобы получить полное представление о вариациях FTC в Северном полушарии. Кроме того, мы провели множественный корреляционный анализ между динамикой FTC и факторами окружающей среды. Цели этого исследования состояли в том, чтобы (1) определить пространственно-временную динамику моделей FTC почвы (продолжительность, общая площадь и дата начала / окончания состояний замерзания и оттаивания) в Северном полушарии в период 1979–2017 гг. И (2) оценить потенциал влияние и относительный вклад факторов окружающей среды в вариации FTC.

Результаты

Изменения продолжительности F / T

Временные изменения продолжительности F / T в NH с 1979 по 2017 г. показаны в A. Длительность замороженного состояния была значительно сокращена (p = 0,001) со скоростью 0,13 ± 0,04 дня / год в течение периода исследования, в то время как тенденции к увеличению продолжительности оттаивания (p = 0,19) и переходной продолжительности (p = 0,53) не были значительными, что указывает на то, что период заморозки превратился как в периоды таяния, так и в переходный период.

Изменения годовой продолжительности и среднегодовых площадей различных F / T состояний почв в СП в течение 1979-2017 гг.

Межгодовые колебания продолжительности (A) и среднегодовых площадей (B) замороженной почвы / талое / переходное состояние в СП в 1979–2017 гг.Заштрихованные области указывают доверительные интервалы 95%.

Пространственные закономерности тенденций годовой продолжительности замерзания, оттаивания и переходного периода в Северном полушарии с 1979 по 2017 гг. Проиллюстрированы на. Межгодовые вариации продолжительности F / T в Северной Америке можно сгруппировать в три типа следующим образом: (1) в арктическом регионе, на северо-западе Канады и на плато Миссури в Соединенных Штатах продолжительность как замороженных, так и размороженных участков увеличилась. , а переходная продолжительность резко сократилась; (2) на Аляске продолжительность заморозки и переходного периода уменьшилась, а продолжительность разморозки увеличилась; и (3) вдоль тихоокеанских прибрежных гор и Аппалачских гор продолжительность как замороженных, так и оттаивающих периодов сократилась из-за продления переходного периода.С другой стороны, в Евразии как продолжительность заморозки, так и переходная продолжительность уменьшались с увеличением продолжительности таяния, за исключением Западной Европы и Цинхай-Тибетского плато в Азии, где периоды замораживания и оттаивания сменились переходными периодами.

Пространственное распределение изменений годовой продолжительности различных F / T состояний почвы в СП в течение 1979-2017 гг.

Тенденции годовой продолжительности мерзлых (A), талых (B) и переходных (C) состояний почвы в течение 1979–2017 гг.Красный и синий цвета обозначают увеличение и уменьшение соответственно, а оттенок цветов указывает на величину тенденции. Заштрихованы области со значительным изменением (p <0,05) по результатам t-теста.

Изменения площади F / T

Среднегодовая площадь замороженных / оттаявших / переходных состояний в Северном полушарии и их тенденции показаны на B. NH) в 1985 году и составляла всего 1,87 × 10 ⁷ км ² (18.8% площади суши NH) в 2015 г. Наибольшая площадь протаивания составила 4,17 × 10 ⁷ км ² (42,0% площади суши NH) в 2017 г., а наименьшее значение было 3,78 × 10 ⁷ км ² (38,0% площади суши NH) в 1985 году. Переходная зона была самой высокой в 1986 году со значением 1,02 × 10 ⁷ км ² (10,3% площади суши NH) и была самой низкой. в 2012 г. — 8,28 × 10 ⁶ км ² (8,3% площади суши NH). Доля среднегодовой площади протаивания в Северном полушарии была больше, чем в областях замороженных и переходных состояний, и все еще увеличивается с постепенным уменьшением площади в двух других штатах.Среднегодовая площадь промерзания и переходная площадь значительно уменьшились (p <0,001) со скоростью 4,9 × 10 ⁴ и 3,4 × 10 ⁴ км ² / год соответственно, в то время как площадь протаивания увеличилась на 8,2 × 10 ⁴ км ² / год (p <0,001).

Тенденции среднегодовой площади F / T менялись в зависимости от широты в Северной Америке и Евразии (). Из-за небольшой площади FTC на низких широтах (<30 ° с.ш.) и ее резких временных изменений на фоне отчетливого потепления эта часть была исключена, чтобы избежать неправильного понимания изменений годовой площади F / T в других широтных полосах.В целом, увеличение общей площади протаивания и сокращение мерзлых и переходных областей были более резкими в Евразии, чем в Северной Америке, особенно в средних широтах (30 ° –45 ° с.ш.) и в арктических регионах (> 75 ° N). Однако под углом 45–60 ° с.ш. в Северной Америке площадь мерзлых почв не показала значительной тенденции, вероятно, потому, что большая масса почвы перешла из переходного состояния в полностью оттаявшее состояние. Точно так же незначительное изменение переходной области на 60–75 ° с.ш. в Евразии следует отнести к прямому преобразованию мерзлых грунтов в талые.К северу от 75 ° с.ш. в Евразии резкое уменьшение площади переходного состояния указывает на более тяжелый переход от замерзания к таянию.

Изменения среднегодовых площадей различных состояний F / T почв на разных широтах в Северной Америке и Евразии

Тенденции среднегодовых площадей (стандартизованных по шкале Z ) мерзлых, оттаявших и переходных состояний почвы в разных широты Северной Америки (A) и Евразии (B) (> 30 ° с.ш.) с 1979 по 2017 год. Сплошные столбцы представляют тенденции, значимые на уровне значимости 95%.Столбики ошибок представляют собой 95% доверительные интервалы коэффициентов регрессии (трендов).

Начало и конец состояний F / T почвы

иллюстрирует временные тенденции конечной даты замерзания / начала оттаивания весной и даты окончания оттаивания / даты начала замерзания осенью по всему Северо-Востоку. Для процесса замораживания дата начала была значительно отложена со скоростью 0,10 ± 0,02 дня в год (p <0,001), а дата окончания была заметно сдвинута на 0,21 ± 0,02 дня в год (p <0.001), что согласуется с тенденцией к уменьшению длительности замороженного периода (A). Дата начала периода оттаивания наступила раньше, с трендом 0,15 ± 0,03 дня в год (p <0,001), в то время как дата окончания периода протаивания увеличилась со скоростью 0,13 ± 0,05 дня в год (p = 0,02). до 2000 г., но было отложено на 0,21 ± 0,06 дней / год (p = 0,04) позже. Более ранние даты начала периода оттаивания и окончания периода замерзания указывают на общее продвижение весеннего перехода (оттаивание почвы происходит с ранней весны до лета в СП).Несмотря на то, что осенний переходный период (промерзание почвы происходит с ранней осени до зимы в Северном полушарии) не сократился с 1979 по 2000 год из-за незначительной задержки даты наступления заморозки (p = 0,78), после 2000 года задержки в обоих датах начала замерзания и даты окончания оттаивания привели к его общей отсрочке. Изменения дат начала и окончания оттаивания почвы соответствовали незначительному увеличению продолжительности оттаивания и переходного периода (А).

Изменения в начале и конце состояний F / T почвы в NH в течение 1979-2017 гг.

Временные тренды ежегодного начала промерзания почвы (A), конца промерзания (B), начала таяния (C) и конца таяния (D) даты в NH с 1979 по 2017. Обратите внимание, что (A) минус (B) соответствует продолжительности оттаивания, (D) плюс (C) следующего года представляет продолжительность заморозки, (B) минус (C) соответствует продолжительности весеннего перехода, а (D) минус (A) представляет продолжительность осеннего перехода. Заштрихованные области указывают доверительные интервалы 95%.

Тенденции в датах начала и окончания F / T также показали высокую пространственную изменчивость (). Несмотря на общую картину (т.е. отсрочки наступления и окончания периода таяния заморозков, более позднего начала периода таяния и окончания периода заморозки), были некоторые исключения в прибрежных горах Тихого океана, в Аппалачах и в Западной Европе. где даты начала замораживания, окончания замораживания и начала таяния были сдвинуты, с задержкой только окончания периода таяния. Это говорит о том, что расширение переходного состояния в этих областях (C) было в основном связано с более длительным переходным периодом осенью.Кроме того, в арктических регионах, таких как Гренландия, задержка начала таяния и приближение конца периода заморозки означает, что продление периодов замораживания и таяния может быть связано с сокращением весеннего переходного периода.

Пространственные закономерности изменений в начале и конце состояний F / T почвы в СП в период 1979-2017 гг.

Пространственные закономерности тенденций в начале промерзания почвы (A), окончании промерзания (B), начале таяния (C) ), а конец таяния (D) датируется в Северной Америке с 1979 по 2017 год. Оранжевый обозначает задержку, зеленый обозначает опережение, а оттенок цветов указывает на величину тренда.Заштрихованы области со значительным изменением (p <0,05) по результатам t-теста.

Вклады движущих сил в замороженную продолжительность

Географическое распределение относительных вкладов T _a , SWE и SM в замороженную продолжительность было получено из воздействия отдельных факторов окружающей среды. (Рисунок S1). Регионы с преобладанием T _a в основном были распределены в Северной и Восточной Европе и Северо-Восточной Азии, в то время как районы с преобладанием SWE были в основном распределены на Монгольском плато, в Восточной Европе и в средних широтах Северной Америки.Влияние SM на мерзлую почву не так велико, как влияние T _, и SWE из-за спорадического распространения областей с преобладанием SM. В Северной Америке районы с преобладанием СМ распространены в средних широтах (к югу от 60 ° с.ш.), тогда как в Евразии они в основном распространены в средних и высоких широтах, таких как Сибирь (к северу от 60 ° с.ш.).

Географическое распределение относительных вкладов температуры воздуха ( T _a), водного эквивалента снега (SWE) и влажности почвы (SM) на продолжительность мерзлой почвы на территории Северной Америки (35–85 ° N) с 1980 по 2017 год

Обсуждение

Сравнения с предыдущими исследованиями

Результаты этого исследования показали общее изменение FTC на более короткую продолжительность замораживания, более позднее начало замораживания и более раннее окончание замораживания по всему NH.Аналогичные результаты были получены в Китае 22, соседних Соединенных Штатах 23 и Монголии, 24 однако масштабы изменений значительно различались в разных исследованиях. Например, на основе наземных метеорологических данных по Китаю Ван и др.25 обнаружили, что первая дата замерзания откладывалась со скоростью 0,10 ± 0,03 дня в год, а последняя дата замерзания наступала со скоростью 0,15 ± 0,02 дня. / год, а продолжительность заморозки уменьшалась со скоростью 0,25 ± 0,04 дня / год в течение 1956–2006 гг. Другой результат наблюдений на месте по всему Китаю показал, что первая дата замерзания была отложена на 0.20 ± 0,02 дня в год, последняя дата замораживания была опережает на 0,36 ± 0,04 дня в год, а продолжительность замораживания была сокращена на 0,56 ± 0,04 дня в год в течение 1961–2011 гг. 26 Эти различия могут быть вызваны вариациями в периодах исследования. , аналитические методы и определения состояний F / T. Кроме того, пространственное распределение изменений продолжительности переходного периода в этом исследовании соответствует предыдущим результатам. Увеличение продолжительности переходного периода через Тихоокеанский прибрежный хребет и горные районы Аппалачей в Северной Америке, Западной Европе и Цинхай-Тибетском плато соответствовало результатам предыдущих исследований на основе спутниковых наблюдений13, ^, 14, тогда как сокращение переходного периода также сообщалось о продолжительности жизни на Аляске и в Гренландии.27

Влияние факторов окружающей среды на мерзлый грунт

На изменение температуры верхнего слоя почвы в значительной степени влияет приповерхностный T _a, и эта переменная также влияет на характеристики теплового состояния почвы. Многочисленные данные наблюдений продемонстрировали перерыв в потеплении глобальной приземной температуры воздуха с 1998 по 2012 год, который был вызван Эль-Ниньо / Южным колебанием, колебаниями солнечной радиации и извержением вулкана.28 Это явление и его эффект запаздывания могут частично объяснить отложенную дату окончания оттаивания почвы после 2000 года. Кроме того, сезонная и суточная асимметрия тренда потепления в Северном полушарии может влиять на характеристики FTC. Опубликованная литература продемонстрировала, что T _a весной, летом и осенью увеличивалось в разной степени, 29 ^, 30, вероятно, приводя к изменениям в конце весенних заморозков и дате начала заморозков. в падении.Однако остаются разногласия относительно того, является ли зима потеплением или похолоданием.29 Например, Хименес-Муньос указал, что наблюдаемое зимнее потепление или похолодание может зависеть от рассматриваемого временного периода и методов, используемых для расчета тенденции, и ее значимости.31 Последующие исследования сообщили о незначительном зимнем потеплении в средних и высоких широтах в СП 32, что согласуется с географической неоднородностью изменений продолжительности замерзания. Cox et al. Сообщили о быстром повышении минимальных дневных температур в горах тихоокеанского побережья, в Аппалачах и в Западной Азии., 33, что согласуется с нашими результатами в. Эти результаты показывают, что удлинение переходного периода осени, вероятно, было связано с переходом из состояния полного замерзания в переходное состояние дневного оттаивания и ночного замерзания осенью.

Данные SWE, полученные с помощью пассивных микроволновых датчиков, показывают количество накопленного снега на поверхности земли и толщину снежного покрова.34 На ранней стадии снежного покрова осенью свежий и тонкий снежный покров имеет высокое альбедо и слабый изолирующий эффект. , что приводит к охлаждению поверхности земли.С увеличением толщины низкая теплопроводность устойчивого снежного покрова снижает корреляцию между температурой воздуха и почвы и предотвращает промерзание почвы35. С другой стороны, в некоторых районах наблюдалась отрицательная реакция продолжительности промерзания на SWE (например, Монгольское плато), где SWE является доминирующей движущей силой (), что согласуется с результатами предыдущих исследований тренда SWE (1980–2018 гг.) 36 и тренда продолжительности снежного покрова (1982–2013 гг.) 37 в течение почти того же периода. .Хотя увеличение SWE и более длительная продолжительность снежного покрова означает более позднее исчезновение снежного покрова, это не означает более продолжительную продолжительность мерзлого грунта. Частично это связано с восходящим переносом теплового потока из глубоких слоев почвы, а также с тем фактом, что снежный покров предотвращает выброс тепла в атмосферу. Оба фактора приводят к повышению температуры почвы и более раннему окончанию периода промерзания, чем начало таяния снега.35 Взаимосвязь между фенологией снежного покрова и промерзанием почвы сложна, и требуются дальнейшие исследования.

Почвенная вода напрямую участвует в процессах замерзания-оттаивания почвы и является важным фактором в структуре FTC почвы. Тем не менее, наши результаты показывают, что площади, в основном затронутые SM, были намного меньше, чем области, на которые в первую очередь влияли T _и и снежный покров. Это может быть в основном связано с тем, что T _a и снежный покров являются ключевыми факторами, контролирующими FTC почвы в зимние периоды в большинстве регионов, которые могут перекрыть нормальный эффект SM.Более того, предыдущие исследования показали, что FTC в почве возникают только тогда, когда содержание влаги в почве достигает порогового значения, которое может варьироваться в зависимости от свойств почвы, почвенного покрова и климата.2 ^, 21 Следовательно, еще одна возможная причина относительно небольшого SM- с преобладанием регионов может быть то, что диапазон колебаний СМ в некоторых регионах не превышал порогового значения.

Основные неопределенности

Неопределенности могут возникать из-за относительно грубого пространственного разрешения (~ 25 км) данных FT-ESDR.Восстановление средней яркостной температуры в ячейке сетки может не отражать разницу в состояниях F / T между различными типами земного покрова (растительность, голая земля, водно-болотные угодья и т. Д.). По сравнению с записями F / T для активного пассивного и усовершенствованного микроволнового сканирующего радиометра влажности почвы, исключительная температурная яркость 37 ГГц (вертикальная поляризация), используемая для получения данных FT-ESDR, зависит от рассеивающих эффектов снежного покрова и других факторов и имеет меньшую глубину проникновения.38 Таким образом, точность поиска FT-ESDR немного ниже, чем у других продуктов F / T в заснеженных областях.39 Кроме того, эталонные пороговые значения, используемые в MSTA, были получены из эмпирической зависимости между восстановленными значениями яркостной температуры и оценками приземной температуры воздуха. Шати и др. 40 отметили, что температура верхнего слоя почвы (на глубине 5 см) может быть более подходящей, чем приповерхностная T _a (на высоте 2 м) для обнаружения состояний F / T посредством взаимного сравнения в высоких -широтные регионы. Следовательно, использование наземных данных о температуре верхнего слоя почвы может быть потенциальным способом повышения точности извлечения F / T.

Wang et al.41 проанализировали вклад SM, толщины снежного покрова и T _a в толщину активного слоя, и результаты показали, что Цинхай-Тибетское плато является горячей точкой из-за значительного вклада T _a и SM. Этот результат показывает, что оценка относительного вклада недостаточна в этих замаскированных областях Юго-Восточного Востока (к югу от 35 ° с.ш., горные районы и Гренландия), что является еще одним ограничением в этом исследовании.Кроме того, топография и свойства почвы являются относительно стабильными факторами, и их влияние на изменения FTC в настоящем исследовании не обсуждается. Это предположение может повлиять на пространственную картину относительных вкладов температуры воздуха, СМ и снежного покрова.

Выводы

В этом исследовании мы исследовали пространственно-временные закономерности и основные движущие факторы FTC в почве в Северо-восточном федеральном округе в период 1979–2017 годов. Наши результаты ясно показали, что продолжительность и среднегодовая площадь мерзлого грунта значительно уменьшились из-за задержки начала промерзания и продвижения конца промерзания.Межгодовые изменения FTC были более резкими в Евразии, чем в Северной Америке, особенно в средних широтах (30–45 ° с.ш.) и в арктических регионах (> 75 ° с.ш.). Более того, наши результаты показали, что T и снежный покров, а не SM, привели к изменениям в структуре FTC за последние 40 лет. Изменения переходного и талого состояния почвы, которые происходят в теплое время года, играют решающую роль в росте растительности и связывании углерода, особенно в высокоширотных регионах.Таким образом, наши результаты показали, что пространственно-временные вариации FTC почвы в масштабе полушария имеют первостепенное значение для точного прогнозирования изменений гидрологических и биологических процессов при будущих климатических сценариях.

Материалы и методы

Источник и обработка данных

Актуальная глобальная долгосрочная (1979–2017 гг.) Микроволновая спутниковая запись данных системы замораживания / оттаивания Земли (FT-ESDR) 42 (https: // nsidc. org / data / nsidc-0477 / versions / 4).Классификация замороженных / размороженных (F / T) в наборе данных была достигнута путем сравнения яркостной температуры микроволнового излучения с пороговым значением для конкретной сетки, определенным на основе эмпирической зависимости линейной регрессии между яркостной температурой и температурой приземного воздуха в этой сетке. Этот алгоритм, называемый алгоритмом модифицированного сезонного порога (MSTA), может способствовать согласованности между записями F / T, полученными из наблюдений с помощью различных микроволновых датчиков (сканирующий многоканальный микроволновый радиометр [SMMR], специальный датчик микроволнового излучения / имидж-сканера [SSM / I] , и специальный датчик микроволнового тепловизора / эхолота [SSMIS]) более 40 лет.По сравнению с приземными температурами in situ , среднегодовая точность пространственной классификации составляла примерно 90,3% и 84,3% для вечерних (утра) и утренних (вечера) поисков эстакад соответственно.42 FT-ESDR был воспроизведен из Equal- Проекция Area Scalable Earth Grid с разрешением сетки ~ 25 км в географической системе координат WGS1984 с разрешением 0,25 °.

Ежемесячно T _a записей на высоте 2 м с 1979 по 2017 год были получены от ERA5, Европейского центра среднесрочных прогнозов погоды пятого поколения, занимающегося атмосферным реанализом глобального климата (https: // doi.org / 10.24381 / cds.adbb2d47). Этот набор данных был значительно улучшен по сравнению со своим предшественником, ERA-Interim, благодаря использованию значительно более совершенной схемы ассимиляции 4D-Var.

Данные

SWE были получены из последних записей SWE GlobSnow v.3.0, разработанных Европейским космическим агентством (https://www.globsnow.info/). Комбинируя спутниковые данные, полученные с датчиков SMMR, SSM / I и SSMIS, и климатические данные на основе метеорологических станций, GlobSnow v.3.0 предоставляет ежемесячные данные SWE (35–85 ° с.ш. площади поверхности суши NH, исключая высокогорную области и Гренландия) с 1979 по 2018 год.На основе байесовской теории статистической инверсии и модели выбросов снега Технологического университета Хельсинки было показано, что GlobSnow v.3.0 имеет более высокую согласованность, чем другие данные SWE в масштабе полушария. Этот набор данных с разрешением ~ 25 км в равновеликой азимутальной проекции Ламберта также был преобразован в WGS1984 с разрешением 0,25 °.

Данные поверхностной СМ были получены из Глобальной модели испарения суши в Амстердаме (GLEAM) v.3.5a (www.gleam.eu), глобального набора данных, который был получен с использованием спутниковой СМ, оптической глубины растительности и SWE, повторного анализа температуры воздуха. и радиация, и продукт выпадения осадков на основе множества источников.Этот набор данных охватывает 41-летний период с 1980 по 2020 год и предоставляется с пространственным разрешением 0,25 ° с ежедневным временным разрешением. Подтверждение по 2325 измерениям на месте SM и 91 вихревой ковариационной башне, корреляция поверхностной SM увеличивается с 0,61 до 0,64 по сравнению с предыдущей версией GLEAM (v.2) .43 Дополнительную информацию о наборах данных можно найти в дополнительный материал.

Аналитические методы

В этом исследовании год был разделен на три части в соответствии с ежедневным состоянием F / T: замороженный, оттаявший и переходный периоды.На основании утра и вечера. Состояния F / T, полученные из восходящей и нисходящей орбит, соответственно, ежедневные F / T-состояния были разделены на четыре категории: замороженные (am замороженные, pm замороженные), оттаянные (am оттаивающие, pm оттаивающие), переходные (am замороженные, pm размороженный), и обратный переходный (разморозил, вечером заморозил). Поскольку возникновение обратного переходного состояния в основном объясняется временем превышения датчиками и алгоритмом определения порога MSTA, 44 хотя задействована только небольшая область, обратное переходное состояние также было классифицировано как переходный период.

Анализ тенденций

Для проведения последовательного долгосрочного анализа период с 1 июля по 30 июня следующего года был определен как год анализа. Соответственно, даты начала и окончания поверхностного промерзания почвы были определены как первый день после 1 июля и последний день перед 30 июня следующего года, соответственно, когда сетка была заморожена в течение трех последовательных дней, а начало и конец Аналогично определялись сроки оттаивания почвы. Следовательно, продолжительность полностью промерзшего (оттаивания) приповерхностного грунта может быть рассчитана как количество дней между окончанием и началом оттаивания (промерзания) почвы, а продолжительность переходного состояния может быть рассчитана по уравнению (1 ):

Dtran = Foff − Ton + Toff − Fon,

(Уравнение 1)

, где D _tran — продолжительность переходного состояния, F _на и F _off — даты начала и окончания состояния замораживания в год, соответственно, и T _на и T _off являются датами начала и окончания состояния размораживания, соответственно.22

После расчета годовой продолжительности замороженных, оттаявших и переходных состояний по пикселям, мы использовали тест тренда Манна-Кендалла (M-K), чтобы определить потенциальный тренд монотонного увеличения / уменьшения. Для пикселей, прошедших тест на значимость МК на уровне значимости 95%, были рассчитаны наклоны линейной регрессии, чтобы получить пространственную карту тренда продолжительности F / T в NH с 1979 по 2017 год. Затем, используя тот же метод, мы рассчитали временную тенденции среднегодовой площади F / T в Северном полушарии, а также на разных широтах в Северной Америке и Евразии после количественной оценки суточной общей площади замороженных / оттаявших / переходных площадей в NH и расчета среднегодового значения.

Кусочно-линейная регрессия

Модель кусочно-линейной регрессии, которая является непрерывной в поворотной точке, была построена для выявления потенциальных изменений продолжительности F / T, годовой площади, а также тенденций дат начала и окончания (и). Мы искали потенциальную точку поворота на основе критерия наименьшей остаточной суммы квадратов. Однако, если разница между наклонами до и после этой точки была незначительной (p> 0,05 или 95% доверительные интервалы двух наклонов перекрывались) или если ни один из трендов до и после поворотной точки не был значимым, мы определили, что существует не было поворотным моментом за весь период.45

Вклады факторов окружающей среды

Мы оценили мультиколлинеарность между T _a, SM и SWE, используя коэффициент увеличения дисперсии, и результаты не показали очевидной коллинеарности между ними.

Глубина промерзания грунта по регионам России

Расчет глубины промерзания грунта

Карта промерзания грунтов СССР

Глубина промерзания грунта по регионам России (карта + таблица)

Карта промерзания грунтов Центральной России

Глубина промерзания грунта в Московской области

Глубина промерзания грунта в Ленинградской области

Пример расчета глубины промерзания грунта

Глубина промерзания грунта СНИП + методика расчета!

Морозная пучинистость грунта и ее влияние на фундамент

Калькулятор для расчета промерзания грунта в регионе

Видео — как пользоваться калькулятором для расчет глубины промерзания грунта

Равны ли фактическая и нормативная глубина сезонного промерзания грунта?

Глубина и скорость промерзания грунта и их влияние на процессы пучения — SGround.ru

Оглавление:

1. Введение

2. Скорость промерзания грунта

3. Глубина промерзания грунта

4. Заключение

5. Связанные статьи

Для чего нужно учитывать глубину промерзания грунта

Зачем нужны данные по глубине промерзания

Способы определения глубины промерзания

Определяем глубину промерзания грунта по формуле

Разница между нормативной и фактической глубиной промерзания

Глубина промерзания грунта в Московской обл

Определение уровня промерзания в соответствии с требованиями СНиП

Уровень промерзания почвы в Москве и Подмосковье

Полезные материалы

Усиление фундаментов

(PDF) Реакция сезонной глубины промерзания почвы на изменение климата в Китае

1. Введение

2. Данные и методы

3. Результаты

3.1. Изменения глубины промерзания грунта

4. Обсуждение

4.1. Изменения вынуждающих переменных

4.2. Связь с вынуждающими переменными

5. Заключение

Конфликт интересов

Благодарности

Сезонный процесс промерзания-оттаивания и гидротермальные характеристики почвы на Лессовом плато, Китай

Реакция сезонной глубины промерзания почвы на изменение климата в Китае

Моделируемая суточная глубина оттаивания и глубина замерзания

СБОР СВЯЗАННЫХ ДАННЫХ

Характеристики промерзания-оттаивания почв и водного транспорта при различных типах растительности в сезонных промерзающих-оттаиваниях Лессового плато

Аннотация

Сокращение продолжительности и уменьшение площади мерзлого грунта в северном полушарии

Abstract

Введение

Результаты

Изменения продолжительности F / T

Изменения площади F / T

Начало и конец состояний F / T почвы

Вклады движущих сил в замороженную продолжительность

Обсуждение

Сравнения с предыдущими исследованиями

Влияние факторов окружающей среды на мерзлый грунт

Основные неопределенности

Выводы

Материалы и методы

Источник и обработка данных

Аналитические методы

Анализ тенденций

Кусочно-линейная регрессия

Вклады факторов окружающей среды

Добавить комментарий Отменить ответ