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原文传递气候变化条件下青藏铁路沿线多年冻土稳定性概率预报研究

论文题名：	气候变化条件下青藏铁路沿线多年冻土稳定性概率预报研究
关键词：	多年冻土
摘要：	青藏铁路的成败关键问题是冻土，冻土的关键问题是冻土的融沉，而气候变暖是未来百年尺度上影响融沉的关键因素。青藏铁路能否经受全球变暖的考验，是厄待解决的科学问题。本论文从铁路沿线多年冻土区地下冰含量的垂直和水平空间分布出发，利用IPCC未来100年气候预测结果作为驱动，通过气候—冻土模型集合预报了冻土的温度和活动层厚度的变化及其置信区间，利用沉降变形公式计算统计了未来百年沿线多年冻土地表的沉降量及其置信区间。　　 1)收集整理铁路(公路)沿线钻孔资料，考虑到地下冰含量在垂直和水平两个方向上尺度的不同，利用反距离插值方法对分别对两个方向进行空间插值处理，得到水平1km垂直0.1m分辨率的铁路沿线地下冰含量的二维分布；　　 2)收集整理IPCC未来100年气候预测结果数据，利用动力降尺度和统计降尺度结合的方法，得到未来百年铁路沿线空间分辨率为1km时间分辨率为1小时的大气边界条件；考虑IPCC所用气候模型预测误差和地形起伏误差，分析得到气温预测结果的概率分布;假设气温预测结果服从正态分布，利用Monte Carlo方法产生大气边界条件的随机扰动集合(集合大小取100)，以此作为气候—冻土模型的驱动；　　 3)对国内外普遍认可的新一代陆面过程模型(公共陆面过程模型CoLM)的冻土分层方案进行修改，通过增加分层数(30层)，细化冻土层(10-15cm)，使得CoLM可以更为细致地模拟活动层附近的水热交换；在大气边界条件集合数据驱动下，模拟未来100年铁路沿线多年冻土路段1km分辨率逐日的30层冻土温度集合，对温度集合预报数据统计得到活动层厚度的变化及其置信区间；　　 4)考虑到陆面过程模型对表层温度模拟精度较高，而对深层冻土温度模拟的误差较大，利用表层温度集合数据计算Stefen公式中融化指数，并结合铁路沿线地下冰和土体干密度分布特征，由Stefen公式集合预报未来100年逐年最大季节融化深度(即活动层厚度)，统计得到活动层厚度的变化及其置信区间; 　　 5)利用铁路沿线地下冰和干密度分布特征计算得到每层冻土融化时的水平分辨率1km垂直分辨率0.1m的最大沉降量空间分布，与Stefen公式计算得到的活动层厚度变化数据叠加分析，得到未来100年逐年的沉降量空间分布及其置信区间；　　 6)利用现有铁路沿线地质勘察结果报告，与上述预测结果验证，分析表明模拟结果和目前冻土稳定性有很大的相关性。活动层厚度未来变化总体呈增加趋势，但也存在年际波动。活动层厚度变化和地下冰(尤其是上限附近的高含冰量冻土)分布是决定沉降量变化的主要因素。　　 7)根据最大可能沉降量对青藏铁路沿线冻土的稳定性分为四类，并按已有的15个地形地貌分区进行统计未来100年里各类冻土所占的百分比。
作者：	杨成松
专业：	自然地理学(冻土预报)
导师：	程国栋
授予学位：	博士
授予学位单位：	中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
学位年度：	2007
正文语种：	中文