岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (12): 3335-3346.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0099

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

夏季降雨增加对多年冻土活动层水热状态的 影响研究

张明礼1, 2，周志雄1，周凤玺1, 2，雷兵兵1   

  1. 1. 兰州理工大学 土木工程学院，甘肃 兰州 730050；2. 兰州理工大学 西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心，甘肃 兰州 730050
  • 收稿日期:2022-04-12 修回日期:2022-06-22 出版日期:2022-12-28 发布日期:2023-01-02
  • 作者简介:张明礼，男，1987年生，博士，副教授，硕士生导师，主要从事冻土工程方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No.42261028）；“西部之光”访问学者资助项目（张明礼）；中科院西部之光“西部青年学者”项目；甘肃省高等学校产业支撑计划项目（No.2020C-40）；甘肃省基础研究创新群体项目（No.20JR5RA478）

Effects of increased summer rainfall on the thermal-moisture dynamics of permafrost active layer

ZHANG Ming-li1, 2, ZHOU Zhi-xiong1, ZHOU Feng-xi1, 2, LEI Bing-bing1   

  1. 1. School of Civil Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou, Gansu 730050, China; 2. Western Engineering Research Center of Disaster Mitigation in Civil Engineering of Ministry of Education, Lanzhou University of Technology, Lanzhou, Gansu 730050, China
  • Received:2022-04-12 Revised:2022-06-22 Online:2022-12-28 Published:2023-01-02
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (42261028), the “Light of West China” Program for Dr. Zhang Ming-li, the Chinese Academy of Sciences “Light of West China” Program for Western Young Scholars, the Industrial Support Program of Higher Education of Gansu Province (2020C-40) and the Basic Research Innovation Group of Gansu Province (20JR5RA478).

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摘要： 近50年青藏高原地区降雨呈波动性的增加趋势，且夏季降雨是全年降雨量的主要来源，降雨变化会导致冻土内部水热发生改变。然而，目前关于夏季降雨变化对多年冻土水热状态的影响研究鲜有文献报道。因此，基于优化地表能量平衡边界条件的水−汽−热耦合模型，以青藏高原北麓河地区2013年实测气象资料为模型驱动数据，研究夏季降雨增加到2倍后活动层的响应机制。结果表明：夏季降雨增加到2倍后，净辐射、蒸发潜热增加，而感热以及地表热通量减小，地表与大气之间的能量交换方式从感热转换为蒸发潜热，且夏季整体用来加热活动层的热量减少1.4%；夏季降雨增加导致液态水运移通量增加，而水汽运移通量减小，热传导通量、水汽对流热通量、水汽扩散潜热通量的减小量约为液态水对流热通量增加量的2.6倍，因此夏季降雨增加导致土体降温，活动层厚度整体抬升0.14 m，对冻土起到降温效果。

关键词: 多年冻土, 活动层, 水热变化, 夏季降雨

Abstract: In the past 50 years, the rainfall in the Qinghai-Tibet Plateau has shown a fluctuating increase trend, and summer rainfall is the main source of annual rainfall. The changes in rainfall will inevitably lead to change of active layer thermal-moisture dynamics. However, there are few literature reports on the effects of summer rainfall changes on the hydrothermal state of permafrost. Therefore, based on the water-vapor-heat coupling model that optimizes the surface energy balance boundary conditions, the measured meteorological data in the Beiluhe area of the Qinghai-Tibet Plateau in 2013 was used as the model-driven data to study the response mechanism of the active layer after the summer rainfall increased to 2 times. The results show that after the summer rainfall increases to 2 times, the net radiation and latent heat of evaporation increase, while the sensible heat and surface heat flux decrease. The energy exchange between the surface and the atmosphere is converted from sensible heat to latent heat of evaporation, and the overall heat used to heat the active layer is reduced by 1.4% in summer. The increase in summer rainfall leads to an increase in the transport flux of liquid water, while the transport flux of water vapor decreases. As a result, the decrease of the heat transport by conduction, the convection by water vapor, and the latent heat of water vapor diffusion is about 2.6 times of the increase of the convection by liquid water. Therefore, increased summer rainfall leads to the cooling of the soil, and the thickness of the active layer raised by 0.14 m as a whole, which has a cooling effect on the frozen soil.

Key words: permafrost, active layer, thermal-moisture dynamics, summer rainfall

中图分类号: TU445
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