氣候變化條件下青藏鐵路沿線多年凍土穩(wěn)定性概率預(yù)報(bào)研究.pdf

1、青藏鐵路的成敗關(guān)鍵問題是凍土，凍土的關(guān)鍵問題是凍土的融沉，而氣候變暖是未來百年尺度上影響融沉的關(guān)鍵因素。青藏鐵路能否經(jīng)受全球變暖的考驗(yàn)，是厄待解決的科學(xué)問題。本論文從鐵路沿線多年凍土區(qū)地下冰含量的垂直和水平空間分布出發(fā)，利用IPCC未來100年氣候預(yù)測結(jié)果作為驅(qū)動(dòng)，通過氣候—凍土模型集合預(yù)報(bào)了凍土的溫度和活動(dòng)層厚度的變化及其置信區(qū)間，利用沉降變形公式計(jì)算統(tǒng)計(jì)了未來百年沿線多年凍土地表的沉降量及其置信區(qū)間。
　　 1)收集整理鐵路

2、(公路)沿線鉆孔資料，考慮到地下冰含量在垂直和水平兩個(gè)方向上尺度的不同，利用反距離插值方法對(duì)分別對(duì)兩個(gè)方向進(jìn)行空間插值處理，得到水平1km垂直0.1m分辨率的鐵路沿線地下冰含量的二維分布；
　　 2)收集整理IPCC未來100年氣候預(yù)測結(jié)果數(shù)據(jù)，利用動(dòng)力降尺度和統(tǒng)計(jì)降尺度結(jié)合的方法，得到未來百年鐵路沿線空間分辨率為1km時(shí)間分辨率為1小時(shí)的大氣邊界條件；考慮IPCC所用氣候模型預(yù)測誤差和地形起伏誤差，分析得到氣溫預(yù)測結(jié)果的概率分

3、布;假設(shè)氣溫預(yù)測結(jié)果服從正態(tài)分布，利用Monte Carlo方法產(chǎn)生大氣邊界條件的隨機(jī)擾動(dòng)集合(集合大小取100)，以此作為氣候—凍土模型的驅(qū)動(dòng)；
　　 3)對(duì)國內(nèi)外普遍認(rèn)可的新一代陸面過程模型(公共陸面過程模型CoLM)的凍土分層方案進(jìn)行修改，通過增加分層數(shù)(30層)，細(xì)化凍土層(10-15cm)，使得CoLM可以更為細(xì)致地模擬活動(dòng)層附近的水熱交換；在大氣邊界條件集合數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)下，模擬未來100年鐵路沿線多年凍土路段1km分辨率

4、逐日的30層凍土溫度集合，對(duì)溫度集合預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到活動(dòng)層厚度的變化及其置信區(qū)間；
　　 4)考慮到陸面過程模型對(duì)表層溫度模擬精度較高，而對(duì)深層凍土溫度模擬的誤差較大，利用表層溫度集合數(shù)據(jù)計(jì)算Stefen公式中融化指數(shù)，并結(jié)合鐵路沿線地下冰和土體干密度分布特征，由Stefen公式集合預(yù)報(bào)未來100年逐年最大季節(jié)融化深度(即活動(dòng)層厚度)，統(tǒng)計(jì)得到活動(dòng)層厚度的變化及其置信區(qū)間;
　　 5)利用鐵路沿線地下冰和干密度分布特征計(jì)

5、算得到每層凍土融化時(shí)的水平分辨率1km垂直分辨率0.1m的最大沉降量空間分布，與Stefen公式計(jì)算得到的活動(dòng)層厚度變化數(shù)據(jù)疊加分析，得到未來100年逐年的沉降量空間分布及其置信區(qū)間；
　　 6)利用現(xiàn)有鐵路沿線地質(zhì)勘察結(jié)果報(bào)告，與上述預(yù)測結(jié)果驗(yàn)證，分析表明模擬結(jié)果和目前凍土穩(wěn)定性有很大的相關(guān)性。活動(dòng)層厚度未來變化總體呈增加趨勢，但也存在年際波動(dòng)?；顒?dòng)層厚度變化和地下冰(尤其是上限附近的高含冰量凍土)分布是決定沉降量變化的主要因