冻土活动层厚度（Active Layer Thickness,ALT）的变化是反映青藏高原多年冻土发育情况及其状态的一个重要指标，监测活动层厚度变化对寒区景观稳定发展、碳循环等方面具有非常重要的意义.由于合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR）技术具有大范围、高精度、高时空分辨率等优势，近年来逐渐被用于反演活动层厚度.已有研究中基于InSAR和土壤一维热传导模型的活动层厚度估计方法，没有充分考虑到冻土中土壤水分对流引起的热量传递.因此本文提出了基于InSAR时序形变及土壤热传导-对流模型的活动层厚度估计方法，利用土壤热传导-对流模型建立InSAR探测的最大融沉形变与最高地温之间的滞后时间与活动层厚度之间的相关关系，实现了由滞后时间直接推算大范围、高分辨率的冻土活动层厚度.本文以青藏高原五道梁多年冻土区为例，利用116景Sentinel-1影像图作为实验数据，估计了该地区2017—2020年的平均活动层厚度.结果表明，活动层厚度值范围为0～7.0 m，平均活动层厚度为3.06 m，与已有研究中相近时间段相关成果及...

为研究冻土一维热传导问题中温度场的模型试验相似准则，本文创新性的提出了基于微分方程解析解求取相似准则的方法。首先采用分离变量法，得到了一维非线性热传导方程的解析解。在此基础上，利用相似转换法推导出了考虑热交换和不考虑两种情况下冻土模型试验的相似准则。最后利用有限元软件ABAQUS对得到的相似准则进行了验证。结果表明，在不考虑热交换的情况下，时间的相似常系数始终是几何尺寸相似常系数的平方。当考虑热交换情况时，模型试验必须采用与原型不同的土体，此时得到的相似准则更具有理论意义和实际价值。该研究成果充分考虑了热传导过程中的边界条件，有望为非线性热传导问题的研究和模型试验设计提供理论参考。

使用双针热脉冲（dual probe heat pulse, DPHP）测定冻土热特性时施加热脉冲后会导致加热探针周围的冰融化,使用目前常用的仅考虑热传导（忽略融化相变、冰水两相分界面）的解析解处理DPHP温度数据,会导致在-5℃至0℃温度范围内无法准确测量热导率（λ）和比热（Cv）。为了能够准确测定冻土的λ和Cv,有必要考虑DPHP加热过程中引起的冰融化的相变潜热。该研究基于COMSOL仿真软件模拟了考虑相变潜热、相变区间以及移动冰水界面的DPHP测量过程,采用随温度非线性变化的真实冻土热特性进行模拟,并与真实冻土的DPHP测量数据对比。结果表明:1)COMSOL仿真在不考虑相变条件下与无限线性热源模型结果完全吻合（R2=0.998 9）;2)当土壤初始温度低于-5℃时,考虑相变发生的COMSOL仿真能够准确模拟试验结果,表现出较高的相关性（R2> 0.93）,在-1～0℃的土壤初始温度范围内,无限线性热源模型的结果与试验测量显著偏离（R2 <0.001 3）;3...

针对高温多年冻土区隧道传热模型及温度场分布规律开展深入的理论分析、数值模拟和现场监测研究。首先,基于热传导理论,建立隧道衬砌和围岩径向传热模型,利用叠加原理和拉普拉斯变换法求得寒区隧道衬砌和围岩的温度场理论解;其次,建立洞内空气的传热微分方程,根据能量守恒原理,建立隧道纵向洞内空气与洞壁的气-固耦合传热模型,结合径向温度场理论解,提出多年冻土区隧道衬砌、围岩及洞内空气的三维温度场计算方法,该计算方法可考虑围岩、衬砌、保温层等多层传热介质及隧道沿洞轴线的不同埋深;最后,根据依托工程现场实测数据,反演围岩的热物性参数,并运用推导的隧道纵向传热模型和横向传热模型,分析姜路岭隧道不同冻土区内衬砌和围岩中的温度场分布规律。研究结果表明:在隧道径向,多年冻土和非冻土围岩温度都会随洞内气温的变化而产生波动,距离围岩表面越近,温度振幅越大,且热量在围岩径向传递过程中有一定的滞后性;在隧道纵向,在一年中最冷时刻,隧道衬砌及围岩温度呈"两端低,中间高",此时姜路岭隧道围岩、二衬表面最高温度分别为-2.72℃,-7.80℃;在一年中最热时刻,衬砌温度呈"两端高,中间低",此时姜路岭隧道二衬表面最低温度为1....

为了探求越冬期间日光温室地表灌溉水温度的调控措施,以小东川河地表水为研究对象,借助传热学的方法,分析了越冬期间河流地表水温度的变化特性及其成因。结果表明:在水面非结冰期和结冰期,水温的变化趋势与气温的变化趋势一致,河流地表水温度都具有随气温呈余弦的日变化规律;在水面结冰期河流地表水温度基本处于相对稳定(-3.6℃左右)状态,而且水温持续高于气温;河床砂卵石介质对河流地表水的热量补给作用、河流表面冰盖及薄层空气的隔热作用和不同介质比热的差异是河流地表水水温变化特性产生的关键原因;河流地表水水温与气温具有较明显的线性相关关系,相关系数在0.9以上。研究结果可为越冬期日光温室灌溉水温的调控提供基础参数和依据。

多年冻土区融化层的热传导系数的大小决定了全球气候变化条件下,多年冻土的响应强弱以及对周围环境的影响.在野外实测与实验室分析的基础上,研究了黄河源区3种典型岩土的干容重、含水率和温度对导热系数的影响,通过建立起回归方程,运用Stephen公式近似计算了2002年源区最大冻结和融化深度的分布.结果表明:黄河源区三种典型岩土的导热系数从小到大依次为腐殖土、碎石亚黏土、细沙;干容重和含水率与导热系数具有较好的正相关关系,是影响导热系数的主要因素,在较小的温度变化范围内,温度对导热系数的影响不明显.基于实测的导热系数分布模拟得到的最大融化深度在地势较低的黄河干流及"两湖"地区要大于南北高山区,最大冻结深度的变化规律则相反,除北部小部分地区最大冻结深度大于最大融化深度外,源区绝大部分地区活动层处于增厚状态.结果将有助于多年冻土的变化及环境效应的研究.

利用热平衡积分法求出了一类伴有相变的一维热传导方程在具有稳定地中热源条件下的融化深度Xpb与所用的时间t的关系,并根据Alaska北极Barrow地区的冻土与融湖资料,摄动深度δ与Xpb的比,ξ为25,进而用所得解求得了融湖下底部冻土融化深度随时间变化的曲线。

以热平衡积分法为工具,求出了一类伴有相变的一维热传导方程在具有稳定热源条件下的近似解析解,并根据Alaska北极Barrow地区的冻土与融湖资料,用所得解析解求得了3 000年内融湖下冻土融化深度与时间的关系.

以Alaska北极美国Barrow气象观测站的地温观测资料和土壤热物理参数为基础,以伴有相变问题的一维热传导方程的有限差分法为工具,在考虑和忽略未冻水2种情形下模拟了Barrow地区0.29,0.50和1.0 m深处的地温值,并与观测值进行了比较.计算结果表明,未冻水对冻土热状况数值模拟结果有很大影响.