Таблица промерзания грунта в россии: Глубина промерзания грунта по регионам России

Содержание

Глубина промерзания грунта в Подмосковье

Из данной статьи вы узнаете, что собою представляет понятие глубины промерзания грунта и почему его необходимо учитывать при проектировании фундаментов. Мы рассмотрим нормативные величины ГПГ для разных регионов России и узнаем, как определить фактическую и расчетную величину глубины промерзания почвы согласно действующим нормативам СНиП.

Оглавление:

Глубина промерзания грунта (ГПГ) – нормативное понятие, которое описывает среднестатистическую глубину, на которою почва промерзает в холодное время года.

Для расчета глубины промерзания берется среднестатистический показатель сезонного промерзания в конкретном регионе за последние 10 лет.



Рис. 1.0: Карта нормативной глубины промерзания почвы в разных регионах России

Уровень промерзания почвы – одна из основных величин, которые учитываются при проектировании фундаментов любого типа.

Если в основе расчетов будет лежать неправильный показатель ГПГ, либо данный фактор будет не учитываться вообще, проектировщик не сможет рассчитать требуемую глубину заложения фундамента.

Важно учесть! Плитные и ленточные фундаменты, не обладающие достаточной глубиной заложения, отличаются чрезмерной подверженностью воздействиям морозного пучения почвы – они неустойчивы, подвержены деформациям и разрушениям.

Рис. 1.1: Характерный признак неправильно рассчитанной глубины заложение фундамента и, как следствие, повреждение здания под воздействием пучения грунта


Морозное пучение происходит в промерзших пластах почвы, пропитанных влагой. Грунтовые воды, при замерзании, склонны к увеличению своего объема на 2-9%, в результате такого расширения пропитанная водой почва начинает подниматься вверх и давить на фундамент здания, оказывая на него выталкивающее воздействие.

Важно! Чтобы избежать негативных влияний пучения, ленточные и плитные фундаменты должны закладываться ниже глубины промерзания почвы.

При таком расположении основание полностью лишено воздействия вертикальных сил пучения (выталкивающего давление почвы, находящейся под фундаментной лентой). Фундамент подвергается лишь касательному пучению (в результате трения стенок основания и боковых пластов пучинистой почвы), влияние которого можно устранить с помощью обустройства уплотняющей отсыпки по периметру стенок фундамента.



Рис 1.2: Схема промерзания участка застройки


Перед началом любого строительства, проводящегося на пучинистых грунтах, необходимо выяснить ГПГ в конкретном регионе, чтобы в дальнейшем иметь возможность подобрать оптимальную глубину заложения фундамента.

Внимание! Как неправильный расчет нагрузки на фундамент может привести к большим финансовым потерям: ссылка.

Глубина промерзания СНИП

ГПГ – величина, которую без наличия специального оборудования невозможно определить непосредственно перед началом строительства, поскольку ее расчеты требуют предварительного анализа конкретной местности на протяжении более чем 10-ти лет. В строительной практике, для определения глубины промерзания, используются нормативные данные о ГПГ и базовая информация для ее расчета, заложенная в документах СНиП.

До недавнего времени основным документом, в котором были приведены данные о глубине промерзания грунта, являлся СНиП № 20101-82 “Климатология и геофизика строительства”, и сопутствующие ему карты разных регионов Российской Федерации.

Важное замечание! С недавних пор данный нормативный документ был разделен на две отдельные справки – СНИП № 20201-83 “Фундаменты зданий о сооружений” и СНИП № 2301-99 “Климатология строительства”.

В данный документах приведены среднестатистические показатели глубины промерзания почвы для конкретных регионов РФ, ознакомится с которыми вы можете в таблице 1.1

Город Сезонная глубина промерзания разных видов почвы (см)
Глиняный грунт и суглинок Супеси и мелкие сухие пески Крупные и гравелистые пески
Ярославль 143 174 186
Архангельск 156 190 204
Челябинск 173 211 226
Вологда 143 174 186
Тюмень 173 210 226
Екатеринбург 157 191 204
Сургут 222 270 290
Казань 143 175 187
Саратов 119 144 155
Курск 106 129 138
Санкт-Петербург 98 120 128
Москва 110 134 144
Самара 154 188 201
Нижний Новгород 145 176 189
Рязань 136 165 177
Новосибирск 183 223 239
Ростов на Дону 66 80 86
Орел 110 134 144
Псков 97 118 127
Пермь 159 193 207


Таблица 1. 1: Нормативная глубина промерзания почвы в разных городах России


ГПГ зависит от двух основных факторов – среднестатистических минусовых температур в конкретных регионах и типа грунта.

Косвенным фактором, влияющим на ГПГ, является толщина снежного покрова, которым укрыт грунт – чем он толще, тем меньшей будет глубина промерзания. Стоит учитывать, что данные, указанные в нормативных таблицах СНИП, не учитывают толщину снежного покрова, поэтому фактическая величина ГПГ в регионе всегда будет меньшей, чем глубина, указанная в таблице 1.1.


Рис. 1.3: Схема зависимости ГПГ от толщины снежного покрова

Важное замечание! Всем домовладельцам, сталкивающимся с проблемой пучения почвы, стоит помнить о том, что они сами себе могут доставить дополнительных неприятностей, очищая снег и формируя сугробы возле стен дома.

Неравномерное пучение, которое происходит в местах, где почва обладает разной глубиной промерзания, крайне негативно сказывается на состоянии фундамента – из-за различных выталкивающих сил, воздействующих на фундаментную ленту, основание дома перекашивается, в результате чего возникают трещины на стенах и цоколе. Если вы очищаете снег вокруг постройки – делайте это по всем периметру здания, и не формируйте сугробы возле одной из стен дома.

Глубина промерзания грунта в Подмосковье

Как свидетельствуют отзывы опытных строителей, свыше 80% грунтов в Москве и области представлены пучинистой почвой – суглинком, глиной, песками, супесями. При строительстве домов на таких грунтах крайне важно учитывать глубину их промерзания, поскольку фундамент, заложенный выше требуемого уровня, не будет обладать ожидаемой от него надежностью и долговечностью.

ГПГ в Подмосковье варьируется достаточно сильно – от 90 до 200 сантиметров. Такие колебания обусловлены разной плотностью грунтов – чем большая плотность, и чем выше уровень залегания грунтовых вод, тем сильнее будет промерзать почва.

Среднестатистической расчетной величиной ГПГ, учитываемой при строительстве зданий в Подмосковье, принято считать 140 сантиметров. Более детальные показатели для разных городов Подмосковья вы можете увидеть в таблице 1.

2.

Город Сезонная глубина промерзания почвы (см)
Дубна 150
Талдом 130
Сергиев Посад, Александров 140
Орехово-Зуево 130
Егорьевск 130
Коломна 110
Ступино 120
Серпухово 100
Обнинск 110
Балабаново 110
Можайск 125
Волоколамск 120
Клин, Солнечногорск 120
Звенигород, Истра 110
Наро-Фоминск 125
Чехов 120
Воскресенск 110
Павловский Посад, Ногинск, Пушкино 110
Дмитров 140
Пушкино, Щепково, Балашиха 150
Одинцово, Болицыно, Кубинка 140
Подольск, Домодедово, Люберцы 100
Железнодорожный 110
Мытища, Лобня 140


Таблица 1. 2: Глубина промерзания грунта в Московской области

Внимание! Почему пучение способно разрушить ваше будущее строение:как обезопасить себя

Расчетная глубина промерзания грунта

Расчетная величина ГПГ, согласно нормативам СНИП, определяется по формуле: h = √M*k, в которой:

  • М – сумма максимальных показателей минусовых температур в холодное время года;
  • k – коэффициент, отличающийся для разных видов грунтов.

Величина коэффициента, использующегося в расчетной формуле, составляет:

  • 0,23 – для глинистой почвы и суглинков;
  • 0,28 – для пылеватой и мелкой песчаной почвы, супесей;
  • 0,3 – для средне крупных гравелистых и крупных песков;
  • 0,34 – для почвы с вкраплениями крупнообломочных горных пород.

Для примера, определим расчетную величину ГПГ для Вологды. Данные среднемесячных минусовых температур для этого города мы можем взять в документе СНИП № 2101. 99.

Для Вологды она составляет:


Из данной таблицы мы определяем значение M – для этого нам нужно суммировать показатели месяцев, обладающих минусовыми температурами.

  • M = 11,6 + 10,7 + 5,4 + 2,9 + 7,9 = 38,5.

Теперь нам нужно извлечь квадратный корень из получившейся величины:

Что позволяет выполнить расчеты согласно основной формуле, учитывая коэффициент типа грунта, на котором будут выполняться строительные работы. Для примера используем коэффициент суглинистой почвы, он равен 0,23.

В результате мы получаем расчетную величину промерзания суглинистой почвы в Вологде равную 143 сантиметрам. Аналогичным образом расчеты выполняются для любых видов почв в других городах России.

Как определить реальную глубина промерзания грунта

Внимание! Фактические и нормативные показатели ГПГ всегда будут отличаться между собой из-за ряда сопутствующих факторов, таких как толщина снега и льда, которыми укрыт грунт.

Рис. 1.4: Нормативная глубина промерзания грунта в РФ (данные на 2006 год)


Для определения реальной глубины промерзания используется специальный прибор – мерзлотомер. Данное устройство представляет собою обсадную трубку, внутри которой размещен наполненный водой шланг с внутренними ограничителями передвижения льда. На шланг нанесена сантиметровая разметка.

Мерзлотомер погружается в грунт на глубину, равную фактической величине ГПГ (все измерения проводятся в холодное время года). Вода в трубке мерзлотомера превращается в лед на участке, где с прибором контактирует промерзшая почва.

Рис. 1.5: Фактическая глубина промерзания почвы в РФ

Спустя 10-12 часов после погружения устройства в почву шланг с водой изымается из обсадной трубки и по замершему участку воды определяется реальная глубина промерзания почвы.

Наши услуги

Услуги компании “Богатырь” это забивка свай и лидерное бурение. Мы имеем собственный автопарк бурильно-сваебойной техники и готовы поставлять сваи на объект с дальнейшим их погружением на строительной площадке. Цены на забивку свай представлены на странице: цены на забивку свай. Для заказа работ по забивке железобетонных свай, оставьте заявочку.

Нормативные глубины промерзания. Таблица – глубина промерзания.


Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Физический справочник / / Климат. Климатические данные. Природные данные.  / / Нормативные глубины промерзания. Таблица – глубина промерзания.

Нормативные глубины промерзания. Таблица – глубина промерзания.

Карты и таблицы базируются на СНиП 2.01.01-82, сейчас применяют расчетный метод. Вполне толковые данные.

  • 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.
  • Для водопровода – глубина заложенных труб, считая до низа, должна быть на 0,5 м больше расчетной глубины проникания в грунт нулевой температуры. Для канализации – глубина заложенных труб, считая до низа, должна быть на 0,3 м больше расчетной глубины проникания в грунт нулевой температуры. При прокладке трубопроводов в зоне отрицательных температур материал труб и элементов стыковых соединений должен удовлетворять требованиям морозоустойчивости.

Таблица 1. Глубина промерзания грунтов в см. по всей России. Таблица 2: Глубина промерзания грунтов в см. в южной части Дальневосточного региона вне зоны вечной мерзлоты

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

Таблица 2: Глубина промерзания в см грунтов в южной части Дальневосточного региона вне зоны вечной мерзлоты ( Таблица 1. Глубина промерзания грунтов в см. по всей России. )

Таблица 2: Глубина промерзания грунтов в южной части Дальневосточного региона вне зоны вечной мерзлоты

Наименование пунктов

Глубина промерзания грунтов по изотерме 0 оС

То же по изотерме –1 оС под оголенной поверхностью

Расчетная зимняя температура воздуха, оС

Сумма среднемесячных отрицательных температур, оС

Высота пунктов над уровнем моря, м

под слоем снега

под оголенной поверх ностью

на болотах

1

2

3

4

5

6

7

8

Амурская область
По долине р. Амур
Аносово 250 в.м.* 240 -41 200
Кумара 237 311 139 232 -39 175
Братомобовка 230 311 236 -37 101,5 230
Благовещенск 205 285 111 215 -35 85,6 143
Поярково 214 298 123 228 -37 96,1 116
Асташиха 230 302 226 -37 200
Транссибирская магистраль
Шимановск 242 в. м. 145 -40 103,6 279
Свободный 230 311 235 -40 101,7 196
Белогорск 235 312 139 228 -40 96,2 178
Тарбагатай 240 320 145 241 -41 190
Завитинск 222 306 131 229 -36 96,8 227
Хабаровский край
По долине р. Амур
Помпеевка 210 294 220 -36 91
Екатерино- Никольское 199 263 97 198 -31 71,8 72
Хабаровск 198 268 100 203 -32 74,6 50
Елабуга 190 270 204 -32 61
Троицкое 201 276 97 207 -32 78,8 30
Комсомольск- на-Амуре 217 292 112 220 -35 88,7 24
Нижне- Тамбовское 219 294 114 222 -36 91,1 22
Богородское 213 295 95 222 -36 34
Николаевск- на–Амуре 202 291 220 -36 101,2 71
Транссибирская магистраль
Облучье 211 301 124 230 -36 95,2 255
Биробиджан 218 275 110 205 -32 78,5 34
Вяземский 164 250 91 202 -32 75,4 83
Бикин 130 220 93 200 -32 73,8 71
Сихотэ-Алинь 170 в. м. -34 701
Тумнин 180 288 212 -34 58
Совгавань 127 185 74 181 -28 59,9 39
Приморский край
Восточное побережье
Агзу 117 186 198 -32 160
Кхуцин 110 142 34 159 -22 30
Дальнегорск 120 134 33 146 -21 36,3 27
Ольга (бухта) 136 136 34 144 -21 37 7
Находка (бухта) 132 132 28 141 -20 35,5 123
Транссибирская магистраль
Дальнереченск 129 184 199 -32 73,2 27
Шмаковка 128 184 84 193 -32 112
Турий рог 141 179 89 185 -30 63,3 89
Спасск-Дальний 121 174 84 178 -31 58,1 108
Уссурийск 147 169 79 179 -32 62,3 28
Владивосток 141 141 37 150 -24 40,5 29
Посьет 119 119 28 112 -20 30,9 42



Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу.
TehTab.ru

Реклама, сотрудничество: [email protected]

Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями.

Нормативная глубина промерзания грунта | Расчет сезонного промерзания грунта по СНиПу

Калькулятор ГПГ-Онлайн v.1.0

Калькулятор по расчету нормативной и расчетной глубины промерзания грунта для регионов РФ, Украины, Белоруссии и др. Два поиска: быстрый (по названию города) и расширенный. Пояснения и рабочие формулы можно найти под калькулятором.

Расширенный поиск:

Страна Выберите странуРоссийская ФедерацияАзербайджанская республикаРеспублика АрменияРеспублика БеларусьГрузияРеспублика КазахстанКыргызская республикаРеспублика МолдоваРеспублика ТаджикистанРеспублика УзбекистанУкраина

Республика, край, область Выберите регион:

Город Выберите город:

Нормативная глубина промерзания (СП 131.

13330.2012)
ГородГрунтГлубина промерзания, м
Глина или суглинок0
Супесь, песков пылеватый или мелкий 0
Песок средней крупности, крупный или гравелистый0
Крупнообломочные грунты0

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта

Источники данных: СНиП 23-01-99* (СП 131.13330.2012); СНиП 23-01-99; СП 22.13330.2011 (СНиП 2.02.01-83*); СНиП 2.02.01-83

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается 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.

Нормативную глубину сезонного промерзания грунта dfn, 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 допускается определять по формуле:

dfn = d0 * √Mt

где Mt – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых по СНиП по строительной климатологии и геофизике, а при отсутствии в них данных для конкретного пункта или района строительства – по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях с районом строительства;

d0 – величина, принимаемая равной, м, для:
суглинков и глин – 0,23;
супесей, песков мелких и пылеватых – 0,28;
песков гравелистых, крупных и средней крупности – 0,30;
крупнообломочных грунтов – 0,34.

Значение d0 для грунтов неоднородного сложения определяется как средневзвешенное в пределах глубины промерзания.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта df, м, определяется по формуле:

df  = kh * dfn 

где dfn – нормативная глубина промерзания, определяемая;

kh – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых сооружений – по табл. 1; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений kh = 1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой.

П р и м е ч а н и я

  1. В районах с отрицательной среднегодовой температурой расчетная глубина промерзания грунта для неотапливаемых сооружений должна определяться теплотехническим расчетом в соответствии с требованиями СП 25.13330. Расчетная глубина промерзания должна определяться 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.).
  2. Для зданий с нерегулярным отоплением при определении kh за расчетную температуру воздуха принимают ее среднесуточное значение с учетом длительности отапливаемого и неотапливаемого периодов в течение суток.

Таблица 1

Особенности сооружения

Коэффициент kh при расчетной среднесуточной
температуре воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, °С

0

5

10

15

20 и более

Без подвала с полами, устраиваемыми:
по грунту

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

на лагах по грунту

1

0,9

0,8

0,7

0,6

по утепленному цокольному перекрытию

1

1

0,9

0,8

0,7

С подвалом или техническим подпольем

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

П р и м е ч а н и я
1 Приведенные в таблице значения коэффициента kh относятся к фундаментам, у которых расстояние от внешней грани стены до края фундамента af< 0,5 м; если af 1,5 м, значения коэффициента kh повышают на 0,1, но не более чем до значения kh= 1; при промежуточном значении af значения коэффициента kh определяют интерполяцией.
2 К помещениям, примыкающим к наружным фундаментам, относятся подвалы и технические подполья, а при их отсутствии – помещения первого этажа.
3 При промежуточных значениях температуры воздуха коэффициент kh принимают с округлением до ближайшего меньшего значения, указанного в таблице.

Строительные калькуляторы

Таблица расчёта глубины промерзания на территории России! Сохраняем! | БЛОГ СТРОИТЕЛЯ

На данный момент, существует не один десяток способов с помощью которых можно определить тип грунта на участке. И научных, и «дедовских», и с привлечением современной техники. Самый быстрый и несложный из них – сделать несколько глубоких ям, по всему участку, и рассмотреть так называемый срез почвы.

1. Песчаная почва; 2. Илистые почвы; 3. Торф; 4. Меловые почвы; 5. Глина

1. Песчаная почва; 2. Илистые почвы; 3. Торф; 4. Меловые почвы; 5. Глина

Причем буквально в пару метрах (у следующей ямки) земля уже может быть другой – это нормально. И вот по таким результатам нужно сложить для себя геологическую картину – от нее и будет зависеть и глубина закладывания фундамента, и его вид.

Таблица глубины промерзания грунта на территории Российской Федерации.

Таблица глубины промерзания грунта на территории Российской Федерации.

А любой сухой грунт, хоть он песчаный или глинистый, имеет стандартную несущую способность от 2кг/см2. Вот на эту цифру и нужно ориентироваться при расчете ленточного фундамента.

Таблица глубины промерзания грунта на территории Российской Федерации

Таблица глубины промерзания грунта на территории Российской Федерации

Уровень промерзания почвы является определяющим в расчете глубины заложения основы под здание. Выделяют два уровня промерзания:

  • Хорошими условия для закладки фундамента считаются в случае, если грунтовые воды располагаются ниже уровня промерзания почвы.
  • К сложным условиям для закладки и эксплуатации основы дома относится промерзание слоя грунта с грунтовыми водами. В этом случае почва в зимний период вспучивается, что приводит к возрастающим нагрузкам на основание строения.
Уровень промерзания грунта. Морозное пучение.

Уровень промерзания грунта. Морозное пучение.

Схема границ промерзания грунта. Обозначение полости оттаивания.

Схема границ промерзания грунта. Обозначение полости оттаивания.

При правильном расчете и выборе глубины закладки основы строения (ниже уровня замерзания почвы), воздействующих сил на фундамент становится меньше. Не возникает эффекта «выталкивания» дома из земли. Фундамент не перекашивается и прослужит продолжительное время без проседания и перекосов несущих стен.

Изучая статьи и нарративы на нашем канале, вы можете узнать об:

Как самому правильно посчитать: сколько мешков штукатурки потребуется? Таблица расхода основных штукатурных смесей.

Таблицы расчета объема круглого леса ГОСТ 2708-75.

Таблица расчёта соотношения: воды, цемента, песка и щебня при приготовлении бетона вручную!

Нормативная глубина промерзания грунта в городах России.

.Нормативная глубина промерзания грунта в городах России.. | zabor-fence.ru

И зимой и летом,  еще  на этапе планирования фундамента дома или устанавливая ограждения вокруг него,  необходимо задать себе вопрос. А на какую глубину заглубляться, чтобы фундамент не треснул или столбы (сваи) не повело, не повыворачивало? В этом помогут карты и таблицы с расчетными нормами глубин промерзания грунта в РФ  и часть2 ( на Дальнем Востоке).

Нормативная глубина промерзания грунта РФ наглядно видна на картах, см

 

 

 

Таблица. Нормативная глубина промерзания грунта РФ по городам, в м

Город[глина,суглинки][пески,супеси]Город[глина,суглинки][пески,супеси]
Архангельск1.601.76Оренбург1. 601.76
Астрахань0.800.88Орск1.801.98
Брянск1.001.10Пенза1.401.54
Волгоград1.001.10Пермь1.801.98
Вологда1.401.54Псков0.800.88
Воркута2.402.64Ростов-на-Дону0.800.88
Воронеж1.201.32Рязань1.401.54
Екатеринбург1.801.98Салехард2.402.64
Ижевск1.601.76Самара1.601.76
Казань1.601.76Санкт-Петербург1.201.32
Кемерово2.002.20Саранск1.401.54
Киров1.601. 76Саратов1.401.54
Котлас1.601.76Серов2.002.20
Курск1.001.10Смоленск1.001.10
Липецк1.201.32Ставрополь0.600.66
Магнитогорск1.801.98Сургут2.402.64
Москва1.201.32Сыктывкар1.801.98
Набережные Челны1.601.76Тверь1.201.32
Нальчик0.600.66Тобольск2.002.20
Нарьян Мар2.402.64Томск2.202.42
Нижневартовск2.402.64Тюмень1.801.98
Нижний Новгород1.401.54Уфа180198
Новокузнецк2. 002.20Ухта2.002..20
Новосибирск2.202.42Челябинск1.801.98
Омск2.002.20Элиста0.800.88
Орел1.001.10Ярославль1.401.54

Глубина промерзания грунта в Москве и др. городах с учетом вида грунта представлена в таблице . 

Глубина промерзания (средняя) для  — Волгоград, Великие Луки, Курск, Псков, Смоленск составляет — 1,2 м;

для  Санкт-Петербург, Москва, Воронеж, Новгород — 1,4 м;

и для городов: Кострома, Пенза, Саратов, Вологда -1,5 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глубина промерзания грунта в России


11 Февраль, 2014 – 10:14

При проектировании строительных объектов и инженерных сооружений, важным фактором, имеющим непосредственное влияние на правильность расчетов, служит принятая для места возведения объекта нормативная глубина промерзания грунта. С наступлением зимних холодов в результате замерзания воды, содержащейся в грунте, происходит ее превращение в лед и расширение, вызывающий процесс, получивший название пучение грунта.

Как следствие такого явления, увеличенный в объеме грунт начинает негативно воздействовать на фундамент. Причем сила такого действия в некоторых случаях бывает неимоверно большой и может составлять несколько десятков тонн на один метр площади фундамента. От такого натиска фундамент может сдвинуться со своего места. Вполне естественно, что результатом этого может быть изменение нормального состояния всего здания и даже его полное разрушение. Чтобы избежать таких негативных последствий, в расчетах обязательно нужно учитывать установленную СНиП глубину промерзания грунта. Нормативная глубина закладываемого фундамента всегда принимается ниже уровня промерзания.

Нормативная глубина промерзания для разных городов России согласно СНиП

Город глина, суглинки (см) пески, супеси (см)
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

Кроме климатических условий, принятых для конкретной местности, на этот параметр оказывают влияние еще несколько факторов. Учитывать необходимо не только среднегодовые температуры (глубина увеличивается с более низкой температурой), но и типы грунтов в месте проведения строительных работ. Разные грунты промерзают по разному. Например, глина, из-за своей большей пористости, промерзает меньше чем песчаные почвы.

При выполнении строительных расчетов необходимо учитывать также близость к поверхности почвы грунтовых вод. Наличие влаги близко к поверхности земли обуславливает большую интенсивность пучения грунтов.

Важно знать, что фактические величины промерзания в реальных условиях отличаются от тех, которые установлены в СНиП.

В нормативных данных приведены цифры с учетом максимально неблагоприятных данных для конкретной местности. Если зима снежная, то глубина промерзания может быть меньше, так как снег служит отличным теплоизолятором. Учитывать нужно и то, что площадь под домом также будет промерзать меньше, особенно, если здание хорошо отапливается. В целом принято считать, что нормативная глубина промерзания завышена относительно реальной на цифру около 40%. Тем не менее, это совсем не повод нарушать установленные нормы.

Источник: VolgaStroy.ru

Карта промерзания грунтом Москвы и области

В разных районах области глубина промерзания грунта будет различной. Это обусловлено отличием видов грунта, климата, уровня грунтовых вод, зеленых насаждений, количества осадков в зимний период, рельефа. Поэтому глубина промерзания постоянно изменяется.

Глубина промерзания грунта в Московской области

В зависимости от всех вышеперечисленных факторов определяется глубина промерзания, которая для Московской области составляет 0,5-1,8 м. Такие разные границы обусловлены разнообразием почв, которые имеют ряд закономерностей:

  • плотный грунт промерзает глубже;
  • влажная почва промерзает быстро и глубоко;
  • сухое основание промерзает меньше.

Нормативные акты не предусматривают единой усредненной глубины промерзания, но обычно для расчетов берут показатель в 1,4 м. Его получают при расчете глубины по формуле из СП, он имеет достаточно большой запас.

На самом деле глубина варьируется в пределах 1 м, при этом на западе показатель составляет порядка 65 см в самых неблагоприятных условиях, а на севере и востоке в среднем показатель составляет 75 см. Даже при самых сложных условиях – мороз, мало снега, влажный грунт – этот показатель не превышает 1,5 м.

В окрестностях Москвы встречаются практически все типы грунтов, кроме IV категории. Поэтому точное значение глубины промерзания грунта может рассчитать только специалист – геолог, геодезист, проектировщик. Приблизительные показатели приведены в нормативных документах. Здесь есть карта промерзания грунта, а также приблизительная глубина для крупных городов.

Где применяются данные о промерзании грунта?

В зависимости от глубины промерзания грунта предусматривается прокладка трубопровода. Также этот показатель учитывают при проектировании фундаментов. Если они будут заглублены недостаточно, будет происходить их промерзание, при этом разрушение произойдет намного быстрее, чем предусмотрено проектом. В грунте содержится вода, которая при замерзании расширяется. Кроме того, в бетонных фундаментах присутствуют поры, которые заполняются влагой и водой. Капиллярные трещины также заполняются влагой, и в результате множественных циклов замораживания и оттаивания (которые происходят в течение одной зимы) происходит значительное снижение прочности. Для свайных стальных фундаментов такие воздействия не так страшны.

Чтобы защитить столбчатый или ленточный фундамент от промерзания, предусматривается создание утепленной отмостки. Если утепление не предусматривается, фундамент закладывают на 100 мм ниже уровня промерзания в песчаных грунтах, на 250 мм ниже для остальных типов основания. Если эти условия не соблюдаются, происходят осадки здания, что приводит к деформациям и отказу от нормальной эксплуатации.

(PDF) Динамика сезонного промерзания почв в Центральной России

253

Динамика сезонного промерзания почв в Центральной России

А. Маслаков, В. Гребенец, Д. Аблязина, Д. Шмелев, А. Радостева, В. Пастухов,

В. Антонов, А. Быковский, Г. Гаврилов, А. Горбатюк, Д. Манджиев, П. Мельник, А. Савелева,

А. Смирнов, Г. Хмельницкий, А. Шпунтова

Ломоносов Москва Государственный университет, географический факультет, Москва, Россия

г.Краев

Центр экологии и продуктивности лесов РАН

Д.А. Стрелецкий

Университет Джорджа Вашингтона, Вашингтон, округ Колумбия, США

Аннотация

Пространственные закономерности сезонного промерзания зависят от климатических условий, литологических свойств, условий теплообмена

на поверхности земли, структуры ландшафта и других факторов. Наблюдения показали, что сезонно-мерзлый слой

в «Центральной» России был в основном подвержен «микроклиматическим» и «наземным» условиям.«Исследования» позволили

нам установить корреляцию глубины промерзания и криогенных структур со структурой снежного покрова и с метеорологическими характеристиками

. Оценка динамики промерзания грунта позволяет прогнозировать развитие

деформаций, связанных с криогенным пучением, с целью улучшения «параметризации» оценок «пружины» и

. для «включения» влияния «сезонного» замораживания на сельскохозяйственные и почвенные процессы.

Ключевые слова: криогенное пучение; пейзаж; Центральная Россия; литология; сезонное замораживание; снежный покров.

Введение

Сезонные заморозки происходят почти повсеместно в Центральной России. Он характеризуется переменной интенсивностью, пространственной неоднородностью и значительной временной изменчивостью.

Пространственные и временные закономерности сезонного промерзания

подвержены влиянию нескольких факторов, включая метеорологические,

климатические, геологические и ландшафтные условия, а также

антропогенные преобразования.Глубина сезонного промерзания –

, непосредственно отслеживается только в нескольких зональных метеорологических обсерваториях

. Однако обсерватории не выявляют влияния

различных географических комплексов, характерных для региона

, а также различий в снежном покрове и литологии.

Одной из основных задач современной криолитологии и

гидрометеорологии является определение реакции криосферы

на климатические изменения. Как один из элементов криосферы

, «сезонно» замороженный слой »также« отражает »

таких откликов.Он часто определяет развитие

географических комплексов, влияет на обмен газом

между почвой, растительностью и атмосферой, а

влияет на формирование микрорельефа, а также условия

стока с территории. Фенофазы растительного покрова

различны при разной глубине промерзания. Сезонное «промерзание» почвы

оказывает достаточно существенное влияние на

работу хозяйственных объектов.Таким образом, мониторинг

развития сезонно мерзлого слоя имеет практическое значение

для управления природной средой.

Методы исследования

Основными задачами 13-летнего мониторинга динамики сезонно промерзшего слоя

в Центральной России

были определение основных факторов, определяющих глубину

сезонного промерзания, и оценка вклад каждого фактора

в изменчивость сезонно мерзлого слоя в

различных ландшафтных и наземных условиях при различных метеорологических условиях

.

Полевые исследования проводились в зоне смешанных лесов

Центральной России: в Калужской области,

Владимирской области и Московской области. Необходимые для анализа результатов метеорологические данные

были получены на ближайших метеостанциях

.

Динамика сезонных промерзаний отслеживалась на

следующих участках (рис. 1):

•  Среднее течение реки Протва на территории

Полевая учебно-исследовательская база Сатино

Государственный университет (МГУ) зимой 1999–2003 гг .;

•  Среднее течение реки Клязьмы в районе

«Учебно-научная база» МСУ около

г. Петушки зимой 2003–2004 гг. ;

•  Правый берег Москвы-реки в районе Звенигорода

Биологическая станция МГУ зимой 2004–2006 гг.,

2007–2009 и 2011–2012 гг .;

•  Правый берег реки Оки в районе города

Пущино Московской области зимой

2006–2007;

•  Берег Можайского водохранилища у д.

Красновидово зимой 2009–2010 гг.

Рисунок № 1. «Карта» области «полевых исследований»: № 1 – Сатино; № 2 –

Петушки; 3 – Звенигород; 4 – Пущино; 5 – Красновидово.

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) Непрерывная, ускоренная тенденция к уменьшению глубины промерзания в TRSR возникла 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]. Это 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 почвы. 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 в период 1988–2007 гг. Недавно 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 истока 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 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 исследования междесятилетних изменений глубины и периода промерзания в TRSR с 1960 по 2014 гг. 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.

3 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 ° 39 ′ 100 ° 39 ′ 100 ° 39 ′ 2014
Zeku 52968 35 ° 02 ′ 101 ° 28 ′ 3663 1960–2014
Zaduo 183 56018 ° 4066 1960–2014
Юйшу 56029 33 ° 01 ′ 97 ° 01 ′ 3681 1960–2014
100 ° 15 ′ 3719 1960–2014
Дари 56046 33 ° 45 ′ 99 ° 39 ′ 3968 1960–2014
34 ° 44 ′ 101 ° 36 ′ 3500 1960–2014
Руоергай 56079 33 ° 35 ′ 102 ° 58 ′ 3440
Нангцянь 56125 32 ° 12 ′ 96 ° 29 ′ 3644 1960–2014
Чангду 56137 31 ° 09 ′
Чжидуо 56016 33 ° 51 ′ 95 ° 36 ′ 4179 1985–2014
Кумалай 56021 34 ° ′ 4175 1985–2014 9 0183
Maduo 56033 34 ° 55 ′ 98 ° 13 ′ 4272 1985–2014

05 Для данного исследования были использованы тренды 9 в Matlab (Math-Works) для определения трендов глубины промерзания, первой даты, последней даты и продолжительности промерзания 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 рассчитывалась 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, тогда как на одной станции (Юйшу) 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 у нашего предыдущего исследования, где -10,61 см декада -1 было зарегистрировано с помощью модифицированного теста тенденции Манна-Кендалла и оценки наклона Сена по данным наблюдений девяти метеорологических станций за последние 35 лет (1980 –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 указывают на то, что в районах с сезонной мерзлотой почва с каждым годом промерзает на все меньшую глубину. Более 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.

9018 −4,617 9018 нет 9018 9018 9018 9018 −3,98 −14.44 9018 −148 4,18 Изменения в периоде замораживания почвы

В таблице 3 и на рисунке 4 показаны тенденции, наблюдаемые в отношении первой даты замораживания, последней даты замораживания и продолжительности замораживания на TRSR в течение периода исследования.Дата первого замораживания пережила 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 отложенная тенденция наблюдалась 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 дня задержки первой даты замораживания в 2014 году по сравнению с 1955 годом; задержка на 16,95 дня с 1985 по 2014 год; и задержка на 13,67 дней 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
1985–2014 −13,44 −0,19 −10,52 −14,77 −5,49 −16,91 −9,34 −16,91 −9,34 −5,99 −12,99 −2,97 −8,93
2000–2014 −28,36 −4,68 −13,82 −148 −10,11 −0,96 −3,14 −15,57 −13,89 −57,04 −17,54 −13,98
расширенная дата

на последнюю дату бесплатного пользования 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 значительно 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), которое наблюдалось 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 TRSR в периоды 1985–2014 и 2000–2014 гг. Появилась тенденция к ускоренному сокращению продолжительности замерзания в периоды 1985–2014 гг. И 2000–2014 гг. По сравнению с период 1960–2014 гг.Чистое изменение составило 41,36-дневное сокращение продолжительности замораживания в 2014 году по сравнению с 1955 годом и еще большее сокращение 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, поскольку 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 потенциальные 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 декаде повышения 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 гг. [33, 35]. Тренд температуры воздуха в 1985–2014 гг. (Средний показатель: 0,62 ° C за десятилетие −1 ) был даже больше, чем в период 2000–2014 гг. (0.61 ° C декада −1 ). Все эти две тенденции были больше, чем десятилетие −1 на 0,46 ° C, зарегистрированное в этом регионе с 1980 по 2014 год [4], что означает, что с 1985 года над TRSR появилась 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 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].

1960–16 −0178 −0173 .37 1985–2014 .07

Xinghai Tongde Zeku Zaduo Dushari 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 нет нет 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 5,29 16,86 6,29 16,86 −5,68 13,64 10,04 −1,54 9,11
Дата последней фиксации
1960–2014 −2,42 −8,68.43 −6,51 −0,52 −3,50 −4,72 −1,29 −5,26 −5,22 −3,31 нет 1985–2014 1,82 −11,44 −10,56 −9,59 −5,12 −8,95 −4,74 −8,55 −12,97 −11,44 −7.86 −24,03 −9,42
2000–2014 0,79 −15,82 −18,89 −5,61 −10,79 ,4 40,43 −19,36 −1,82 −8,64 −1,61 −17,14 −10,64
Длительность замораживания
1960–2014 ,17
1960–2014 −11,82 −2,65 −3,65 – 9,79 – 3,89 −8,93 −9,42 −6,02 нет нет нет 0,91 −26,72 −13,49 −13,00 −10,69 −10,63 −7,10 −13,59 −30,38 −23,59 −17,32 −14,74
2000–2014 −2,31 −25,58 −15,69 −16,53 −288,02 −288,02 −288,02 −98,09 −22,40 11,39 −18,40 −5,74 −9,87 −16,90



1960–2014 1985–2014 2000–2014

Десятилетие Температура воздуха 0,61
Индекс оттаивания (° C · месяц / декада) 1.56 3,60 3,83
Максимальная высота снежного покрова (см / декада) −0,05 0,54 0,57
Годовые осадки (мм / декада) 5,12 5,12
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.

Freeze 9018 глубина и переменные воздействия 0,29

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 0,04 0,04 −0,15 −0,40 −0,53
Весенние осадки −0,27 −0,27 −0,39
Летние осадки −0.08 0,30 -0,39
Первая дата фиксации -0,52 -0,60 -0,56
Первая дата фиксации и переменные принуждения 0,54
Индекс оттаивания 0,68 0,70 0,59
Годовые осадки 0,28 0,28 0.16
Осенние осадки 0,34 0,50 0,37
Дата последнего замораживания и форсирующие переменные
−3 −3 −90
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
Весенние осадки −0,41 −0,32 −0,50
-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 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 9018 0,68

Как показано в Таблице 5 и на Рисунке 5, с 1960 по 2014 год глубина промерзания значительно отрицательно коррелировала с температурой воздуха, индексом оттаивания, датой первого замерзания и осадками, но не с высотой снежного покрова.Самой сильной взаимосвязью была отрицательная корреляция с температурой воздуха (at), которая указывала 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 мелкослойной почвы, механизм обратной связи по влажности почвы показал, что увеличение влажности почвы приводит к увеличению скорости испарения, что приводит к поглощению энергии из окружающей почвы, вызывая снижение 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 оказались существенно отрицательно коррелированными 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 своего 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, теплоизоляционный эффект снега был бы незначительным. 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 повышалась, 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 показала меньшую корреляцию. Ожидается, что тенденция к уменьшению продолжительности замерзания продолжится с повышением температуры воздуха и осадков, а также с уменьшением глубины замерзания 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], и 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.Опережающие тенденции в отношении последней даты замораживания были более значительными, чем тенденции задержки в отношении первой даты замораживания во всех трех периодах исследования. Продолжительность замораживания также ускоренно сокращалась 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 имела значительную отрицательную корреляцию 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).

Изменения теплового режима неглубоких земель в 1963–2013 гг. В регионах вечной мерзлоты России

Вечная мерзлота – один из наиболее обширных компонентов земной криосферы, занимающий более десятой части земной площади, в том числе около 16,7 млн ​​км. 2 Евразия (Zhang et al 2008, IPCC 2013).Вечная мерзлота играет важную роль в глобальном изменении климата, в балансе парниковых газов, арктической окружающей среде, экосистемах и деятельности человека в полярных регионах (Шахова и др. 2010, Романовский и др. 2010b, AMAP 2011). Деградация вечной мерзлоты может иметь значительные воздействия на окружающую среду, включая местные изменения топографических и гидрологических условий, изменения в динамике растительности и дикой природы, а также изменения в глобальных выбросах парниковых газов (Nelson et al 2001, Zimov et al 2006, Tarnocai et al. al 2009, Анисимов et al 2010, Стрелецкий et al 2014).Антропогенное воздействие, связанное со строительством и нарушением земной поверхности в результате деятельности человека, может усугубить последствия изменения климата для условий вечной мерзлоты, что приведет к негативным воздействиям на инфраструктуру и устойчивость северных сообществ (Анисимов и др. 2010, Гребенец и др. 2012, Стрелецкий и др. 2012).

Температура вечной мерзлоты в российской Арктике с конца 1970-х годов обычно повышалась на 0,5–2,0 ° C, причем темпы потепления были намного меньше для теплой многолетней мерзлоты, богатой льдом, при температурах, близких к 0 ° C, чем для более холодной вечной мерзлоты или коренных пород ( Романовский и др. 2010a, Романовский и др 2010b, Романовский и др 2014).Толщина активного слоя (ALT) также увеличилась во многих частях Евразийской Арктики, особенно в европейском секторе (Шикломанов и др. 2012, Романовский и др. 2015). Эти результаты, однако, основаны на ограниченных данных наблюдений (Biskaborn et al 2015).

Температурный режим мелководья исторически отслеживается сетью метеостанций, управляемой Росгидрометом, что является ценным ресурсом для дополнения наблюдений, проводимых через глобальную наземную сеть для вечной мерзлоты (GTN-P) на значительных территориях российской Арктики.Ежемесячные записи температуры почвы, доступные для примерно 430 станций бывшего Советского Союза до 2000 года, использовались в многочисленных исследованиях, связанных с температурой почвы, индексами оттаивания и замерзания, а также в качестве подтверждения моделей вечной мерзлоты (Гиличинский и др. 1998, Фрауэнфельд и др. al 2004, Zhang et al 2005, Chudinova et al 2006, Frauenfeld and Zhang 2011). Комплексный анализ термического режима почвы на всей территории России на основе всех имеющихся данных о суточной температуре почвы был первоначально разработан в конце 2000-х годов (Шерстюков 2008, Шерстюков 2009), а затем расширен на подгруппу долгосрочных станций (Парк ). et al 2013, Park et al 2014).

В этой статье мы объединяем данные о температуре почвы, собранные на метеостанциях Росгидромета, и данные наблюдений в активном слое, собранные в рамках программы мониторинга циркумполярного активного слоя (CALM), чтобы оценить пространственно-временные изменения в ALT и условиях приповерхностной вечной мерзлоты в Российской Арктике. последние 50 лет. Мы используем самую последнюю версию дневного архива температуры почвы, доступную для 458 станций в России за 1963–2013 гг. И 64 российских станций CALM за 1999–2013 гг., Чтобы: (1) количественно оценить пространственную изменчивость и долгосрочные тенденции ALT и близких к ней значений. -поверхностная температура вечной мерзлоты; (2) определить горячие точки деградации вечной мерзлоты и оценить чувствительность верхних слоев вечной мерзлоты к изменяющимся климатическим условиям; и (3) документирование изменений теплового режима грунта в населенных пунктах, расположенных в различных районах вечной мерзлоты России.

Ежедневные данные о температуре почвы в естественных условиях доступны для 458 станций сети Росгидромета в России (Шерстюков 2012а). Глубина измерения температуры почвы варьируется от станции к станции. Для наиболее полного набора измерений доступны данные о суточной температуре почвы для глубин 0,02, 0,05, 0,10, 0,15, 0,20, 0,40, 0,60, 0,80, 1,20, 1,60, 2,40 и 3,20 м. Хотя несколько станций в России имеют большой опыт измерений температуры почвы, изменения в методологии ограничивают их исторический анализ; поэтому ежедневный набор данных доступен только с 1963 по 2013 год.В этот период ртутные термометры ТМ10 с точностью до 0,1 ° C использовались для измерения температуры почвы на большинстве станций Росгидромета (Руководство 1985). Измерения проводились в ненарушенной растительности (траве) и снегу. Ртутный термометр помещался в металлический футляр, наполненный латунью, который прикреплялся к деревянной палочке заданной длины. Наблюдатель вынул термометр из трубки, измерил температуру почвы и затем опустил термометр обратно на заданную глубину.Корпус с латунным наполнением допускал некоторую тепловую инерцию, в то время как эбонитовая трубка обеспечивала хорошую теплоизоляцию, снижая тепловое влияние более высоких слоев почвы (Быховец и др. 2007). Архивный набор данных о суточной температуре почвы был обработан четырьмя независимыми методами контроля качества (Шерстюков, 2012b) и доступен на сайте www.meteo.ru/data/164-soil-temperature.

Выбор станций в районах вечной мерзлоты для данного исследования был основан на профиле средней температуры за 51 год для каждой станции.Если максимальная температура почвы снижалась с глубиной, а минимальная температура постоянно была ниже 0 ° C по всему профилю почвы, станция считалась расположенной на вечной мерзлоте. Из 458 метеостанций Росгидромета в России 86 были отобраны для анализа в силу их расположения в районах вечной мерзлоты и наличия суточных данных о температуре почвы за 1963–2013 годы. Сравнение с картой вечной мерзлоты, проведенной Брауном и др. (1997), подтвердило, что все выбранные станции были расположены в районах вечной мерзлоты и в дальнейшем использовались для характеристики теплового режима мелководья и ALT (рисунок 1).

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 1. Карта, показывающая географическое расположение 86 российских метеостанций на вечной мерзлоте с доступными дневными записями температуры почвы за 1963–2013 годы. Синим цветом показаны участки вечной мерзлоты по Брауну и др. (1997). Красными точками показаны российские участки CALM с данными измерений не менее десяти лет. Зелеными звездочками обозначены местоположения выбранных населенных пунктов на вечной мерзлоте, где проводился детальный анализ теплового режима почвы.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

ALT было оценено для каждой из 86 станций путем определения максимальной суточной температуры на каждой глубине измерения и использования этих значений для построения простой полиномиальной аппроксимации. Прерывание аппроксимации с 0,0 ° C использовалось для определения ALT для каждого года наблюдения. Однако на многих станциях измерения температуры почвы ограничены, поэтому минимальное количество наблюдений за температурой почвы, использованное для построения аппроксимации, было установлено равным четырем: 0.4, 0,8, 1,6 и 3,2 м, при этом большинство станций имеют пять глубин измерения. Хотя в некоторых предыдущих исследованиях использовалась линейная интерполяция (Frauenfeld et al 2004), полиномиальная интерполяция обеспечивает лучшее соответствие из-за экспоненциального затухания температуры с глубиной (Шерстюков, 2009), как ранее было показано с использованием наборов данных о температуре с высоким разрешением (Стрелецкий и др. al 2008). Если расчетная глубина максимального проникновения оттаивания оказалась ниже максимальной глубины измерения 3.20 м экстраполяция производилась на большую глубину. Если обнаруживалась глубина оттаивания менее 4 м, присваивалось значение «нет данных» и измерения исключались из дальнейшего анализа. Ошибка интерполяции составляла 5–25 см при среднем уровне 11 см и зависит от расстояния между глубинами измерения и интервала измерения (Riseborough 2008). Хотя ошибка интерполяции может препятствовать оценке интерполированных значений ALT в любой конкретный год, использование согласованной интерполяции за весь период наблюдения позволяет оценивать временные тенденции.

Линия наилучшего соответствия была определена с помощью регрессионного анализа, чтобы найти какой-либо значительный тренд в ALT за период 1963–2013 гг. Для 38 станций, которые удовлетворяли следующим трем критериям: (1) по крайней мере одиннадцать лет с оценочными данными ALT доступны в течение весь период; (2) по крайней мере одно значение ALT доступно за период 1963–1986 гг .; и (3) по крайней мере одно значение ALT доступно за период 2005–2013 гг. Линейные тренды ALT за 1999–2013 гг. Были оценены для всего 37 станций, которые отвечали трем критериям: (1) по крайней мере шесть лет с оценочными данными ALT доступны в течение всего периода; (2) по крайней мере одно значение ALT доступно в течение 1999–2003 гг .; (3) по крайней мере одно значение ALT доступно за период 2011–2013 гг.Тест t для наклона регрессии использовался для проверки значимости линейных тенденций.

ALT также определяли механическим зондированием на российских сайтах CALM (www.gwu.edu/~calm). Из 64 сайтов, действующих в России в разные годы, в данном исследовании использовались только 25 сайтов с записями за 1999–2013 гг. (Рисунок 1). Во всех местах ALT определяется по пространственно распределенным сеткам с географической привязкой в ​​диапазоне от 100 × 100 м (1 га) до 1000 × 1000 м (1 км 2 ) с использованием стратегии систематической выборки.Все измерения ALT производятся в конце периода оттаивания, который варьируется в зависимости от местоположения участка с конца августа до конца сентября. Однако из-за логистических ограничений точный день измерения на конкретном участке может варьироваться от года к году (Brown et al 2000). Измерения на всех участках, кроме двух, производятся механическим зондированием. Стержень зонда вставляется в землю до точки сопротивления, интерпретируемой как стол вечной мерзлоты. На участках R42 и R43, расположенных недалеко от Якутска, измерения проводятся с помощью труб для оттаивания (Mackay 1973).Погрешность измерения, связанная с механическим зондированием, находится в пределах 1-2 см и, как правило, также менее 2 см для трубок для оттаивания. В некоторых случаях, таких как засоленный грунт, верхняя часть ледяного грунта не совпадает с положением морозильного стола, определяемого значением 0 ° C; однако оба метода обычно показывают одинаковые результаты на мелкозернистых незасоленных почвах (Brown et al 2000). В отличие от многих труб для оттаивания, механическое зондирование не учитывает изменения исходной отметки поверхности земли (Nelson and Hinkel 2003).

Были оценены тренды температуры почвы на глубине 1,6 и 3,2 м для периодов 1963–2013 и 1999–2013 годов. Для оценки зависимости температурного режима почвы от температуры воздуха рассчитаны коэффициенты корреляции годовой температуры почвы на глубине 1,6 и 3,2 м для 1963–2013 и 1999–2013 годов. Общий геостатистический метод Getis – Ord G i * (Getis and Ord, 1996) с обратным взвешиванием расстояний использовался для поиска статистически значимых трендов ALT за период 1999–2013 гг. С использованием объединенного набора данных CALM-Росгидромета.Горячие и холодные точки были выбраны на основе уровня значимости 90% и представлены в виде соответствующих z-баллов или стандартных отклонений от среднего тренда ALT. Та же методика использовалась для определения горячих точек изменения температуры почвы на глубине 3,2 м для периодов 1963–2013 и 1999–2013 годов.

К выбранным участкам в отдельных регионах Российской Арктики был применен подробный анализ для изучения изменений в прогрессии изотермы 0 ° C за три периода времени (рисунок 1). Выбор площадок производился исходя из близости к крупным населенным пунктам на вечной мерзлоте и наличия исторических данных.Для демонстрации изменений теплового режима грунта в этих местах были построены кривые протаивания для: 1) первой декады наблюдений; (2) последнее десятилетие наблюдений; и (3) весь период наблюдений на каждой из станций (таблица 1). Цель заключалась в том, чтобы продемонстрировать долгосрочные изменения между историческим и современным периодами, а не сравнивать изменения между самими поселениями. Поэтому первое десятилетие варьируется в зависимости от местоположения. Предполагалось, что оттаивание / замерзание соответствует изотерме 0 ° C, которая была оценена с использованием универсальной интерполяции кригинга между глубинами измерения с недельными временными интервалами.

Таблица 1. Расположение выбранных населенных пунктов на вечной мерзлоте и доступность данных.

Город Расположение Общий период Первое десятилетие Последнее десятилетие
Петрунь 66,43 ° с. Ш., 60,77 ° в. Д. 1977–2013 1977–1987 2003–2013
Тарко-Сале 64.92 ° с.ш., 77,82 ° в.д. 1978–2013 1978–1988 2003–2013
Игарка 67,47 ° с. Ш., 86,57 ° в. Д. 1977–2013 1977–1987 2003–2013
Норильск 69,33 ° с. Ш., 88,30 ° в. Д. 1977–2013 1977–1987 2003–2013
Якутск 62,02 ° с. Ш., 129,72 ° в. Д. 1964–2013 1964–1974 2003–2013
Марково 64.68 ° с.ш., 170,42 ° в.д. 1967–2013 1967–1977 2003–2013

Пространственная изменчивость ALT

В небольших географических масштабах широкий пространственный образец ALT систематически изменяется в зависимости от климатического градиента. ALT, оцененная с помощью метеостанций, обычно увеличивается от побережья Северного Ледовитого океана до южных районов вечной мерзлоты в соответствии с летним биоклиматическим градиентом. ALT обычно составляет менее 1,0 м в самых северных местах выше 72 ° с.ш. и увеличивается до более чем 3.5 м в южных точках чуть выше 50 ° с. Эти общие географические тенденции значительно изменяются под влиянием более локализованных факторов, таких как растительность, тип почвы, влажность почвы и распределение снега. Хотя тип растительности на метеостанциях схож, различия в степени континентальности климата, накоплении и продолжительности снега, а также в почвенных условиях делают ALT сильно изменчивым в пределах одинаковых широт.

В отличие от метеостанций, большинство из которых расположены в южных районах вечной мерзлоты или поблизости от них (рис. 1), большинство российских станций CALM расположены к северу от Полярного круга, в более континентальных частях зоны сплошной вечной мерзлоты от 64 до 72 ° с.ш., с ALT от 1.От 5 м до 0,3 м соответственно. Для сравнения, ALT в северной части Северной Америки показывает менее выраженные вариации в зависимости от биоклиматического градиента, при этом ALT находится в диапазоне от 0,3 до 0,8 мкм. Только пять российских участков CALM находятся в непосредственной близости (0,5 °) от метеостанций: R32 Талнах (Норильск), R40 Играка, R46 и R47 (Чара) и R46 и R47 (Якутск). Все эти станции имеют относительно короткие записи наблюдений – менее десяти лет. Прямое сравнение точечных наблюдений с метеорологических станций со средними пространственными данными, полученными с помощью механических зондирований и оттаивающих труб, является сложной задачей из-за различий в методологии и выборки (Nelson and Hinkel 2003).Хотя прямое сравнение ALT поэтому невозможно, мы сравниваем обобщенные географические тенденции из обеих сетей наблюдений. Сравнение широтных трендов ALT показывает, что участки CALM, расположенные на одной широте, характеризуются более низкой ALT по сравнению с метеостанциями. Это, вероятно, отражает (1) наличие более толстых органических слоев (мха и торфа), а не трав, характерных для метеостанций, и (2) логистические ограничения, которые диктовали кампании по отбору проб в те даты, когда активный слой еще не был полностью сформирован.В то время как большинство метеостанций расположены в населенных пунктах или рядом с ними, большинство станций CALM находятся в удаленных районах, не представленных обычной сетью метеостанций. Это делает участки CALM ценным дополнением к регулярной сети наблюдений за температурой почвы в России. Сравнение общих географических тенденций ALT, оцененных за период 1999–2013 гг. Для участков CALM и с метеостанций, показывает аналогичный наклон изменения ALT примерно на 6 см на градус широты без явного долготного тренда.

Временные тренды температуры почвы и ALT

Хотя интерполированное ALT от каждой метеостанции по сути является точечным измерением и может не отражать большие площади, последовательная методология дает возможность оценить временные тенденции. Анализ температуры почвы на глубине 3,2 м указывает на повышение температуры почти во всех местах в районах вечной мерзлоты в период 1963–2013 годов (рисунок 2 (а)). Самые высокие темпы изменения произошли в южных районах вечной мерзлоты.Повышение температуры почвы наиболее велико на Среднесибирском плато (хотя наблюдения редки) и в южных горных районах (Алтай, Саяны, Становой хребет), где повышение превышает 0,4 ° C / десятилетие. В регионах северо-востока Сибири, таких как Чукотка и Колыма, не наблюдается значительных тенденций. В течение 1963–2013 гг. Отступление вечной мерзлоты на север составляет 30–40 км в Печорской низменности и до 70–100 км в предгорьях Уральских гор (Оберман, Шеслер, 2009).Однако это меньше, чем наблюдается в других регионах, таких как северный Квебек, Канада, где южная граница вечной мерзлоты отступила на 130 км к северу за последние 50 лет (Thibault and Payette 2009).

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 2. Линейные тренды температуры почвы на глубине 3,2 м (° C / десятилетие) для 1963–2013 (a) и 1999–2013 (b) с соответствующими тенденциями ALT (см / год –1 ) для 1963 г. –2013 (c) и 1999–2013 (d), а также тенденции в ДДТ 1/2 (° C * день / десятилетие) за 1963–2013 (e) и 1999–2013 (f).Также показаны горячие точки трендов температуры почвы на высоте 3,2 м за 1963–2013 гг. (Г) и 1999–2013 гг. (Час). Карты температуры почвы были составлены с использованием интерполяции с обратным взвешиванием расстояний и представлены только для общей визуализации результатов. Расчетная температура почвы доступна на станциях, обозначенных на картах зелеными точками.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

За последние пятнадцать лет температура почвы изменилась.Существенная пространственная изменчивость очевидна, например, в южных регионах Западной и Восточной Сибири, где наблюдались тенденции похолодания на 0,2–0,6 ° C / десятилетие (рисунок 2 (b)). На Европейском Севере России, Енисейском Севере, Якутии, Хабаровском крае и Камчатке наблюдались положительные тенденции, достигающие 1,0 ° C / десятилетие в течение 1999–2013 гг. В то время как температура вечной мерзлоты обычно измеряется на глубине 10 м или ниже, на глубине нулевой годовой амплитуды температуры региональные тренды от 3,2 м по величине и направлению аналогичны тем, которые получены в температурных скважинах в районах вечной мерзлоты России (Романовский и др. 2010a, Дроздов и др. 2015) и другие регионы Арктики.Например, на северном склоне Аляски температура на глубине 20 м повысилась на 0,2–0,6 ° C / десятилетие. Еще более высокие темпы наблюдались в регионах Скандинавской Арктики и Канадской Арктики, где в некоторых местах темпы потепления превышали 1 ° C / десятилетие с 2000 г. (Романовский и др. 2015).

Сравнение долгосрочных средних значений АЛТ за 1963–2013 гг. И 1999–2013 гг. Выявляет более высокие показатели АЛТ в наше время по сравнению с историческим периодом. АЛТ за последние 15 лет в среднем на 6% выше, чем в среднем за 1963–2013 гг.Наибольшее увеличение ALT наблюдается на станциях, расположенных вдоль прибрежных районов Северного Ледовитого океана. В течение последних пятидесяти лет АЛТ в целом увеличивалась в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке со скоростью 1 см в год –1 , а в некоторых местах, таких как Исит, Санага, Норильск и Сунтарь, наблюдается повышение до 3– 4 см в год –1 увеличивается. Лишь на нескольких станциях в Якутии наблюдалось значительное снижение АЛТ на 1-2 см / год –1 , особенно Оймакон, Сангри и Намци (рисунок 2 (c)).В течение последних 15 лет скорость увеличения АЛТ была выше, чем в течение последнего 50-летнего периода, и в среднем составляла более 2 см в год –1 , с гораздо более высокими тенденциями до 5–6 см в год – 1 найдено в Норильске, Деланкире, Омолоне, Островном. В регионах Центральной Якутии за 1999–2013 гг. Наблюдались отрицательные тенденции в 3–4 см в год –1 (рисунок 2 (г)). Сайты CALM обычно показывают меньшие, но сопоставимые тенденции (Шикломанов и др. 2012). Прирост АЛТ за 1999–2013 гг. Составлял в среднем 1-2 см в год –1 в европейской Арктике (включая Гренландию, Норвегию и Шпицберген), 2–4 см в год –1 в европейской части России и менее 1 см в год –1 для участков Сибири, Камчатки и Чукотки.Для сравнения, участки на Северном склоне Аляски в среднем увеличиваются на 0,5 см в год –1 (Романовский и др. 2015). Меньшее изменение ALT с течением времени на участках CALM по сравнению с изменениями на метеостанциях объясняется более густой растительностью и наличием органического покрова, который изолирует землю от изменений температуры воздуха. Срезание травы и удаление органических материалов на метеостанциях может потенциально увеличить нагревание почвы (Frauenfeld et al 2004).

Градус оттепелей (ДДТ), сумма среднесуточных температур воздуха за те дни, когда это количество больше 0 ° C, является индикатором потока тепла летом. Многочисленные исследования подтвердили, что сезонные колебания АЛТ в районах вечной мерзлоты контролируются продолжительностью теплого периода, аналогичными колебаниями ДДТ и особенностями ландшафта, как указано в обзоре (Brown et al 2000). Прямая корреляция между АЛТ и ДДТ относительно сильна в типичных тундровых ландшафтах, но обычно слабее в бореальных ландшафтах (Smith et al 2009).Региональные тенденции ДДТ, оцененные для метеостанций Росгидромета, в целом согласуются с наблюдаемыми изменениями АЛТ за два периода исследования. Однако роль неклиматических факторов, таких как различия в условиях субстрата, важна, поскольку не во всех регионах наблюдаются тенденции в отношении ДДТ (рисунки 2 (e) и (f)). В регионах с прерывистой вечной мерзлотой в Центральной и Восточной Сибири, а также на Северной Чукотке за последние 15 лет наблюдались отрицательные тенденции в отношении ДДТ, в то время как в прибрежных регионах Европейской Арктики, Западной и Центральной Сибири, Центральной Якутии и полуострова Камчатка наблюдался значительный рост ДДТ.

Линейные тренды температуры почвы использовались для выявления областей значительных положительных (горячие точки) и отрицательных (холодные точки) трендов температуры почвы на глубине 3,2 м для 1963–2013 годов (рисунок 2 (g)) и 1999–2013 годов (рисунок 2 (з)). В дополнение к горячим точкам, основанным на температуре почвы, мы использовали геостатистический анализ, чтобы выявить две горячие точки деградации вечной мерзлоты на основе ALT. Следуя тенденциям в отношении ДДТ, станции со сплошной вечной мерзлотой обычно показывают горячие точки, а станции с прерывистой вечной мерзлотой показывают холодные точки за последние 15 лет.Один расположен на Дальнем Востоке России, недалеко от Сусумана (+8,5 см / год –1 , p <0,01). Другой - недалеко от Норильска, в Центральной Сибири (+6,2 см в год –1 , p <0,01).

Корреляция температуры почвы и воздуха

Для оценки зависимости температуры почвы от температуры воздуха был использован корреляционный анализ. Относительно сильная связь очевидна между температурой воздуха и почвы на глубине 1,6 м, что характерно для районов вечной мерзлоты к западу от Урала и в Иркутской области к северу от озера Байкал в период 1963–2013 годов (рисунок 3 (а)).В регионах Восточной Сибири преобладает слабая связь между температурой почвы и воздуха. Температура почвы на глубине 3,2 м связана с температурой воздуха в гораздо меньшей степени из-за сильного ослабления климатического сигнала с глубиной. Однако корреляция все еще выше 0,4 к западу от Урала и к северу от озера Байкал (рисунок 3 (c)). Связь между температурой почвы и воздуха в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке России (Камчатка, Чукотка, Амурская область и северные районы Республики Якутия) близка к нулю.Предыдущие исследования показывают, что низкая корреляция между температурами воздуха и почвы в этих регионах объясняется снежным покровом (Павлов и др. 2004, Шерстюков 2008), поскольку межгодовая изменчивость периода и толщины снежного покрова существенно влияет на климатические эффекты (Парк и др. al 2014). Неклиматические факторы, такие как характеристики субстрата, влажность почвы и количество незамерзшей воды, могут иметь дополнительное влияние на разделение температуры воздуха и почвы в районах вечной мерзлоты (Throop et al 2012).

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 3. Корреляция температуры воздуха и почвы на высоте 1,6 м для 1963–2013 (a) и 1999–2013 (b), и на высоте 3,2 м для 1963–2013 (c) и 1999–2013 (d). Обратите внимание, что коэффициенты корреляции рассчитываются на станциях, показанных на картах зелеными точками. Эта поверхность была построена с использованием интерполяции с обратным взвешиванием расстояния и предназначена только для общей визуализации результатов.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Коэффициенты корреляции показывают более сильную связь между температурой воздуха и почвы за последние 15 лет по сравнению с последними 50 годами (рисунки 3 (b) и (d)). Температура почвы на глубине 1,6 м имеет коэффициент корреляции 0,4 и выше для большинства районов вечной мерзлоты. Температура почвы на высоте 3,2 м более тесно связана с температурой воздуха в западных и южных районах вечной мерзлоты.Температура почвы на обеих глубинах сильно зависит от температуры воздуха вдоль южных окраин вечной мерзлоты, таких как Ненецкий автономный округ (АО), Ханты-Мансийский АО и южная часть Красноярского края.

Изменения теплового режима в населенных пунктах Российской Арктики

Выбранные места были выбраны для иллюстрации изменений теплового режима почвы и связанных с ними изменений в развитии фронтов замерзания и оттаивания в шести населенных пунктах в различных частях Российской Арктики и в различных зонах вечной мерзлоты .Петрунь – самый западный из выбранных участков, расположенный в изолированной вечной мерзлоте (Браун и др. 1997). Однако запись станции не выявляет наличия приповерхностной вечной мерзлоты даже в течение первой декады наблюдений, так как слой сезонного промерзания был менее 3 м. Сравнение исторических и современных десятилетий показывает уменьшение продолжительности периода сезонного промерзания на один месяц и соответствующее уменьшение глубины сезонного промерзания с 2,5 до 1.5 м (рисунок 4). В близлежащих районах вечной мерзлоты два участка CALM (R23 Тальник и R2 Воркута) сообщают о одном из самых больших повышений ALT в России с 1996 года (Каверин и др. 2012).

Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 4. Развитие изотермы 0 ° C в течение трех учетных периодов: полная запись наблюдений (черная линия), первая декада наблюдений (синяя линия) и последняя декада наблюдений, построенная для шести выбранных точек на Российская Арктика.Обратите внимание, что в местах, где вечная мерзлота отсутствует (Петрунь и Марково), положение изотермы 0 ° C показывает прогрессию сезонного промерзания; в месте с современной вечной мерзлотой (Нориск и Якутск) показывает прогрессирование сезонного таяния; а в местах, где вечная мерзлота присутствовала в течение первого десятилетия наблюдений, но ниже глубины наблюдений в течение последнего десятилетия (Тарко-Салле и Игарка), он показывает развитие остаточных таликов, поскольку слой сезонного промерзания не достигает стол вечной мерзлоты.Все графики построены с использованием универсальной интерполяции кригинга с недельным шагом по времени и вертикальным разрешением 0,5 м.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Тарко-Сале находится в зоне прерывистой вечной мерзлоты между двумя крупными нефтегазовыми городами, Ноябрьском и Новым Уренгоем (рисунок 1). По климатическим характеристикам станция аналогична характеристикам сети R1 Nadym CALM (Москаленко, 2012). Повышение температуры почвы в этом месте привело к утолщению активного слоя и, возможно, к развитию остаточного талого слоя над вечной мерзлотой за последнее десятилетие, хотя это могло быть артефактом интерполяции.Сайт R1 CALM не претерпел значительных изменений в ALT в течение 1997–2010 гг., Но затем начал утолщаться. Похожая ситуация наблюдается в Игарке, городе к северу от Полярного круга на правом берегу Енисея. Метеостанция, первоначально установленная на вечной мерзлоте, в настоящее время показывает, что вечная мерзлота отсутствует на высоте более 3,2 м. Запись ALT участка CALM R40 Игарка (Сергиевская и др. 2012) показывает увеличение ALT на 0,9 см в год –1 за период 2008–2013 гг. Современный стол вечной мерзлоты расположен ниже слоя сезонного промерзания, что позволяет хранить больше воды и мигрировать в холодные периоды (Стрелецкий и др. 2015).Из 86 станций, расположенных на вечной мерзлоте, на четырех других станциях (Индига, Сунтар, Стрелка Чуня и Хоседа Хард) пласт вечной мерзлоты был обнаружен ниже современного слоя сезонного промерзания, что способствовало развитию остаточных таликов.

Норильск, расположенный в Центральной Сибири, является крупнейшим городом вечной мерзлоты к северу от полярного круга. Это горячая точка изменения термического режима вечной мерзлоты в результате как климатических, так и антропогенных факторов (Гребенец и др. 2012).В отличие от трех ранее описанных мест, Норильск расположен в зоне сплошной вечной мерзлоты, поэтому значительное повышение температуры почвы не привело к образованию остаточного слоя протаивания над вечной мерзлотой в естественных условиях. Увеличение продолжительности периода оттаивания, в первую очередь из-за более раннего таяния снега и увеличения ALT с 1 до 1,5 м, очевидно из записи станции (рисунок 4). Участок R32 Талнах CALM, расположенный в 10 км от станции (Гребенец и др. 2009), показывает увеличение ALT на 1.0 см в год –1 с 2005 года. Якутск – крупнейший и один из старейших населенных пунктов, построенных на вечной мерзлоте. Повышение температуры почвы и более продолжительный период оттаивания, в первую очередь из-за более позднего замерзания, привели к утолщению активного слоя в этом месте. На сайте R42 Neleger CALM, созданном в 2007 году, также наблюдалось повышение уровня АЛТ на 0,7 см в год –1 .

Марково – самое восточное из шести рассматриваемых здесь населенных пунктов. Эта деревня на Чукотке имеет одну из самых длинных записей наблюдений на Дальнем Востоке России.Он расположен на низменности реки Анадырь примерно в 300 км от города Анадырь. Хотя деревня окружена вечной мерзлотой, вечная мерзлота в основном отсутствует возле самой деревни из-за топографических эффектов. Из шести рассматриваемых здесь местоположений эта станция показала наименьшее изменение теплового режима земли. Мыс Рогожный R9 и Mt. Участки Dionisy CALM, расположенные более чем в 300 км от побережья, также не показывают изменений ALT за период 2003–2013 гг. (Рис. 4).

Существенные изменения во времени и продолжительности сезонных периодов замерзания / оттаивания и глубины произошли между историческими и современными десятилетними периодами на всех станциях, кроме одной, что характерно для различных частей российской Арктики.На всех станциях наблюдается уменьшение периода замерзания в холодные месяцы и, как следствие, более длительные периоды оттаивания. Уменьшение периода замерзания составило в среднем 35 дней между ранним и последним десятилетием наблюдений. За исключением Норильского никеля, эти изменения более значительны осенью. Изменения теплового режима земли могут повлиять на продовольственную безопасность коренных жителей, геотехнические характеристики инфраструктуры, построенной в районах глубоких сезонных заморозков и вечной мерзлоты, а также повлиять на доступность поселений в отдаленных районах Российской Арктики (Стрелецкий и др. 2014).

Данные сетей метеостанций ГТН-П КАЛМ и Росгидромета использовались для оценки изменений ALT и температуры почвы на участках в районах вечной мерзлоты в России. Общее повышение температуры почвы наблюдалось в течение последних пятидесяти лет, с самыми высокими темпами изменения в центральных и южных регионах Сибири. После увеличения летнего теплового потока на большинстве станций наблюдалось общее увеличение ALT за тот же период, но это увеличение не было равномерным. В нескольких местах уровень вечной мерзлоты опустился ниже современного слоя сезонного промерзания, что способствовало развитию остаточных таликов (например,г., Игарка). В течение последних пятнадцати лет аналогичная пространственная структура была очевидна в районах сплошной вечной мерзлоты, но с гораздо более высокими тенденциями потепления температуры почвы (до 0,1 ° C год –1 ) и большим увеличением ALT (до 3 см год ). –1 ), с максимумом в Центральной Сибири и минимумом в Восточной Якутии. В регионах с прерывистой вечной мерзлотой в целом наблюдалось снижение ALT на 1-2 см в год –1 за тот же период. Места возле Норильска и Сусумана показали самые высокие темпы изменения и могут считаться горячими точками изменений АЛТ.Корреляционный анализ указывает на более высокую степень зависимости теплового режима почвы от температуры воздуха в западной части России, чем в Сибири, где связь менее вероятна из-за сообщений об увеличении снежного покрова к востоку от Урала (AMAP 2011). Все, кроме одного из шести выбранных населенных пунктов в российской Арктике, испытали существенные изменения в тепловом режиме почвы. Увеличение продолжительности периода оттаивания и повышение ALT произошло в зоне сплошной вечной мерзлоты, в то время как снижение толщины слоя вечной мерзлоты в прерывистой зоне ниже современного слоя сезонного промерзания приводит к развитию остаточных слоев протаивания над слоем вечной мерзлоты.Эти результаты могут быть использованы в экологических и геотехнических приложениях, а также в качестве подтверждения климатических моделей в районах вечной мерзлоты России.

Публикация поддержана Российским научным фондом, проект 14-17-00037 NSF, гранты PLR-1204110, PLR-1304555 и ICER-1558389. Мы благодарим Келси Найланд за помощь в построении графиков и двух анонимных рецензентов за их конструктивные комментарии, которые помогли улучшить качество рукописи.

Развитие процессов промерзания-оттаивания грунтов основания вокруг трубопровода Китай – Россия в районах вечной мерзлоты в условиях потепления

Аннотация

Предлагаемый трубопровод Китай – Россия для сырой нефти (CRCOP) будет подвергаться сильному морозному пучению и оттаивание осадка окружающей почвы, когда она пересекает вечную мерзлоту и сезонно мерзлые земли в Северо-Восточном Китае.Процессы промерзания-оттаивания, развитие максимального промерзшего цилиндра в таликах и оттаивающего цилиндра в районах вечной мерзлоты, а также вариации максимальных глубин промерзания под трубопроводом в таликах и глубин оттаивания в различных районах вечной мерзлоты в районе станции Мо’э, первые насосная станция в Китае, подробно исследованы численными методами в данной статье. Предполагалось, что температура нефти на входе на станции Моэ будет изменяться от 10 до -6 ° C в форме синусоидальной волны на этапе предварительного проектирования.Результаты исследований показали, что процессы промерзания-оттаивания грунтов, окружающих заглубленный трубопровод, резко отличаются от процессов в ненарушенном профиле грунта в районах вечной мерзлоты. Летом происходило оттаивание вниз от поверхности земли и оттаивание вверх и вниз от поверхности трубопровода, когда температура нефти поднималась выше 0 ° C. Зимой началось промерзание вниз от поверхности земли, но охлаждение цилиндра вокруг трубопровода снизу и вверх не началось до тех пор, пока температура масла не упала ниже 0 ° C.Однако в ненарушенном профиле земли летом происходило оттаивание вниз от поверхности земли, а зимой – промерзание вниз от поверхности земли и вверх от поверхности вечной мерзлоты. Максимальная глубина оттаивания и оттаивающий цилиндр вокруг трубопровода в теплой вечной мерзлоте увеличивались с течением времени и уменьшением водности грунтов. В таликсах максимальная глубина промерзания и замороженный цилиндр вокруг трубопровода с течением времени сокращались и увеличивалась влажность грунта.Процессы замерзания-оттаивания и развитие оттаявших и замороженных цилиндров вокруг трубопровода подавлялись любым слоем изоляции, окружающим трубопровод. Теплоизоляция лучше справлялась с теплообменом между трубопроводом и окружающими грунтами в начальный период эксплуатации. Но его роль постепенно ослабевала после длительной эксплуатации. Результаты исследований послужат основой для оценки и прогноза инженерно-геологических условий, анализа механической устойчивости трубопровода, проектирования фундаментов, строительства и обслуживания трубопроводов.

Ключевые слова

Нефтепровод

Вечная мерзлота

Изменение климата

Морозное пучение и оттепель

Замерзшие и оттаявшие цилиндры

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Полный текст

Copyright © 2009 Elsevier B.V.

Рекомендуемые статьи

Цитирование статей

Российская земля вечной мерзлоты и мамонтов тает

ЯКУТСК, Россия – Лаборант полез в морозильную камеру и вытащил предмет размером с футбольный мяч в рваном пластиковом пакете для продуктов, разворачивая его грязное покрытие. и кладем на деревянный стол.Это была отрубленная голова волка.

Животное с оскаленными зубами и пятнистой шерстью казалось готовым к выпаду. Но он сиял около 32000 лет – хранившийся в вечной мерзлоте на глубине 65 футов в Якутии на северо-востоке Сибири.

Поскольку Арктика, включая большую часть Сибири, нагревается как минимум в два раза быстрее, чем остальной мир, вечная мерзлота – вечно мерзлый грунт – тает. Такие странности, как голова волка, все чаще появляются в стране, которая уже известна тем, что целиком выплевывает замороженных шерстистых мамонтов.

Таяние вечной мерзлоты – наряду с другими изменениями, вызванными глобальным потеплением – меняет этот невероятно удаленный регион, который иногда называют Царством зимы. Это одно из самых холодных населенных мест на земле и огромное; Если бы Якутия стала независимой, она была бы восьмой по величине страной в мире.

Исчезновение вечной мерзлоты деформирует сам ландшафт, снося дома и сараи. Характер миграции животных, на которых охотились веками, меняется, и сильные наводнения наносят ущерб почти каждую весну.

Вода, размывающая и без того ограниченные грунтовые дороги и выкатывая трупы из могил, угрожает целым деревням постоянным затоплением. Волны разъедают менее замороженное побережье Арктики.

Коренные народы находятся под большей угрозой, чем когда-либо. Жители постоянно сражаются с природой непредсказуемыми способами, заставляя их чувствовать себя сбитыми с толку, неуравновешенными, беспомощными, подавленными и раздраженными.

«Все меняется, люди пытаются понять, как адаптироваться», – сказал Афанасий В.Кудрин, 63 года, фермер из Налимска, села с населением 525 человек за Полярным кругом. «Нам нужно, чтобы холод вернулся, но становится все теплее, теплее и теплее».

Изменение климата – глобальное явление, но изменения особенно заметны в России, где вечная мерзлота покрывает около двух третей территории страны на глубине почти до мили.

«Люди не понимают масштабов этих изменений, и наше правительство даже не думает об этом», – сказал Александр Н. Федоров, заместитель директора Института мерзлотоведения им. Мельникова, исследовательского центра в Якутске, областной столице.

В Якутии, это почти 20 процентов территории России, расстояния огромны, а транспортировка нестабильна. Население чуть меньше миллиона. Туземцы шутят, что каждый житель может претендовать на одно озеро.

Якутия – это 33 района размером с страну. На крайнем северо-востоке Среднеколымский район, полностью лежащий за Полярным кругом, немного меньше Греции. В 10 деревнях проживает всего 8000 жителей, в том числе 3500 в столице, также в Среднеколымске.

На протяжении веков этот регион был синонимом удаленности.Императрица Елизавета сослала первого видного политического заключенного в Среднеколымск в 1744 году, когда потребовался год, чтобы добраться по суше из Санкт-Петербурга. Через Якутию проходят всего две основные магистрали, одна из которых построена в основном заключенными ГУЛАГа при коммунизме, и все еще в значительной степени немощеная.

В Среднеколымске лето длилось с 1 июня по 1 сентября, но теперь оно длится на пару недель дольше в обоих концах. Посторонние могут не заметить, что термометр в январе часто колеблется около -50 F, а не -75 F.Жители называют -50 «холодно».

По общерегиональной схеме, среднегодовая температура в Якутске за несколько десятилетий повысилась более чем на четыре градуса, до 18,5 F с 14 F, сказал г-н Федоров из Института вечной мерзлоты.

Более теплая зима и более продолжительное лето неуклонно оттаивают мерзлую землю, покрывающую 90 процентов территории Якутии. Верхний слой, который тает летом и замерзает зимой, может простираться на 10 футов вниз, где раньше было максимумом три фута.

Эрозионные скалы на берегах рек обнажают другие области, например, там, где появилась голова волка, которые долгое время были глубоко похоронены.

Таяние вечной мерзлоты и увеличение количества осадков сделали землю более влажной. Снег и дождь образуют замкнутый круг, образуя изолирующий слой, ускоряющий оттаивание под землей.

Вода, скапливающаяся за льдинами, теперь вызывает опустошительные наводнения практически каждый май.

В Среднеколымске в прошлом году наводнение затопило грязную взлетно-посадочную полосу с отдельными хозяйственными постройками для мужчин и женщин. Часто выходом из строя советские турбовинтовые самолеты становятся спасательным кругом для мира, но взлетно-посадочную полосу пришлось закрыть на неделю.

Налимск, расположенный в 11 милях к северу от Среднеколымска, наводнен пять лет подряд. Жирные комары в разрастающихся болотах роятся, как летчики-камикадзе. «Бесплатное иглоукалывание!» – пошутил 54-летний сельский староста Василий Павлович Оконешников.

Пухлые черные турфановые утки приходили регулярно в течение первой недели июня. В этом году перелетные птицы начали спускаться 1 мая. Турфанов стало намного меньше, и вдруг гуси – новинка.

В других местах миграционные маршруты диких оленей сместились, а в лесах обитают незнакомые насекомые и растения.

Налимские охотники когда-то хранили свою рыбу и дичь в пещере глубиной 22 фута, вырытой из вечной мерзлоты, что-то вроде естественного морозильника. Теперь по его тающим стенкам капает вода, а мясо гниет.

«Мы покупаем мясо, и оно никуда не годится, слишком сухое», – сказал Оконешников. «У нас нет выбора, даже если это стыдно» – делать покупки, а не охотиться.

Дальше на север жители отказываются покидать свои заболоченные прибрежные деревни, опасаясь потерять доступ к сигу, их основному продукту питания.

Деревня Березовка вот уже десять лет затапливается практически каждую весну, ее 300 жителей вынуждены на несколько недель садиться в лодки для выполнения поручений, например, покупки хлеба.В конце концов они приняли пятилетний проект по перемещению деревни на 900 ярдов в гору.

В районе Березовка сосредоточено единственное место проживания эвенов, одного из нескольких исчезающих коренных племен.

Эвены, оленеводы, были заселены только в 1954 году по инициативе правительства. Они говорят на отличном языке; отдельные кланы наследуют родовые песни.

«В какой-то момент говорили о том, чтобы покинуть село, но люди не хотели выезжать», – сказала Октябрина Р.Новосельцева, председатель Ассоциации коренных малочисленных народов Севера Среднеколымского района. «Они потеряли бы все, вся культура исчезла бы».

Правительство в далекой Москве – понятие абстрактное. Аляска ближе. Жители Якутии сетуют на собственные ресурсы, чтобы адаптироваться к изменению климата.

Даже государственным учреждениям, таким как институт вечной мерзлоты, не хватает средств для сложных полевых работ, необходимых для оценки полной степени разрушения вечной мерзлоты.Они также не могут измерить другие выпадения, например, сколько метана производят микробы во вновь оттаявшей земле, усиливая глобальное потепление.

«Мы не очень внимательно следим за ситуацией, поэтому просто нужно посмотреть, что она принесет», – сказал Евгений Слепцов, глава Среднеколымского района, проводя рыболовное судно по реке Колыма в 22:00. в приглушенном свете бесконечного арктического дня.

Правительство также не в состоянии многое сделать для решения других экологических проблем, включая лесные пожары, распространяющиеся через миллионы акров отдаленных лесов по всей Якутии и остальной части Сибири.Добраться до них слишком дорого.

В 1901 году первый шерстистый мамонт, обнаруженный целиком в вечной мерзлоте, появился на берегу реки недалеко от Среднеколымска, событие увековечено изображением стилизованного красного мамонта на городском щите.

Но таяние вечной мерзлоты обнажает все больше огромных волосатых зверей, которые 10 000 лет назад бродили по северной Сибири с более умеренным климатом. А поскольку сельское хозяйство и охота ненадежны, их ищут все больше местных жителей.

Выкопать мамонтов запрещено, поэтому охотники скрытны, но один проданный в Китай бивень из слоновой кости может принести 16 000 долларов – этого достаточно, чтобы прожить год.

Охотники за бивнями обнаружили плейстоценовую волчью голову, хранившуюся в Отделе изучения мамонтов Академии наук в Якутске.

От вечной мерзлоты страдает и столица Якутск. По словам мэра города Сарданы Авксентьевой, проседание грунта повредило около 1000 зданий, а дороги и тротуары требуют постоянного ремонта.

По мере таяния вечной мерзлоты по всей Якутии, некоторые участки суши опускаются, превращая местность в полосу препятствий из торосов и кратеров, называемую термокарстом.Он может опуститься дальше, превратившись в болота, а затем в озера. С воздуха термокарст выглядит так, будто землю терзают гигантские бородавки. Это делает невозможным вспашку или выпас на ранее плоских полях.

Термокарсты осаждают район Чурапча в 120 милях к востоку от Якутска.

Тридцать три семьи когда-то населяли северную часть Усун-Кюйола, села с населением 750 человек. После того, как их коровники и изгороди неоднократно разрушались, 10 семей покинули свои дома. Оставшиеся чувствуют себя осажденными.

Чтобы найти ровную сушу для выращивания сена, фермеры работают все дальше и дальше.

По всей Якутии фермеры заменили десятки тысяч коров местными лошадьми. Лошади потребляют меньше сена, но производят меньше молока, а рынок их мяса ограничен. Они также гибнут толпами, когда их копыта не могут пробить более толстый снег и лед для получения корма.

Макарков Николай Сергеевич, 62, строит новый дом. Он устал поднимать свой старый после того, как он четыре раза проседал, так что двери не открывались. Вода также просачивалась снизу, гния половицы и замерзая зимой, вызывая холод в интерьере.

Несколько лет назад деревенская дорога вела прямую, вдоль нее стояли бревенчатые хижины и коровники. Теперь извилистая грязная колея, петляющая среди кочки, едва ли напоминает дорогу. Заброшенные дома наклонены под странным углом.

«С таким же успехом здесь могла быть война», – сказал г-н Макарков, чей новый дом возвышается над землей на колоннах, утонувших на 16 футов, где все еще есть вечная мерзлота. «Скоро в этом селе не останется равнин. Мне осталось жить всего 30-40 лет, так что, надеюсь, мой новый дом прослужит так долго.

Земля в российской Арктике дует «как бутылка шампанского»

МОСКВА. Природное явление, впервые обнаруженное учеными всего шесть лет назад и теперь повторяющееся с тревожной частотой в Сибири, вызывает спонтанный взрыв земли с огромной силой. оставляя кратеры глубиной до 100 футов.

Когда Евгений Чувилин, московский геолог из Сколковского института науки и технологий, прибыл этим летом на край последнего взрыва, названного Кратер 17, «это произвело сильное впечатление», – сказал он.

Яма погрузилась в темноту, окруженная плоской, безликой тундрой. По его словам, когда г-н Чувилин стоял и смотрел внутрь, от вечной мерзлоты стены кратера иногда отрывались плиты из грязи и льда.

«Это издавало шум. Это было похоже на что-то живое », – сказал Чувилин.

Хотя поначалу это было загадкой, ученые установили, что кратеры, появляющиеся на крайнем севере Западной Сибири, вызваны подземными газами, а недавняя волна взрывов, возможно, связана с глобальным потеплением.- сказал Чувилин.

С тех пор, как в 2014 году было обнаружено первое место, российские геологи обнаружили еще 16 на полуостровах Ямал и Гыданьск, два тонких пальца земли уходят в Северный Ледовитый океан.

Г-н Чувилин сказал, что условия, вызывающие взрывы, которые до сих пор полностью не изучены, вероятно, специфичны для геологии этого района, поскольку подобные кратеры не появлялись где-либо еще в Сибири или в зонах вечной мерзлоты в Канаде и на Аляске, которые также затронуты. глобальным потеплением.

Взрывы происходят под небольшими холмами или торосами в тундре, где под землей задерживается газ разлагающегося органического вещества.

Находящийся под слоем льда наверху и вечной мерзлотой вокруг, газ создает давление, которое поднимает слой почвы, находящейся выше. Взрывы происходят при повышении давления или при внезапном таянии и разрушении ледяного покрова.

Откуда берется газ – это вопрос споров, сказал г-н Чувилин, один из ведущих российских экспертов по вечной мерзлоте, беспорядочно перемешанному слою почвы, льду, доисторическим растениям и иногда замерзшим мамонтам, покрывающим 67 процентов поверхности суши России.Вечная мерзлота тоже кое-где простирается под Северным Ледовитым океаном.

«В России у нас большой опыт изучения вечной мерзлоты», – сказал г-н Чувилин, окончивший факультет вечной мерзлоты МГУ, одного из немногих вузов, имеющих такую ​​специальность.

Из этого арктического ледника с берегов рек смываются куски или даже целые замороженные мамонты, овцебыки, шерстистые носороги, доисторические лошади, волки и другие древние звери. Но г-н Чувилин сказал, что не обнаружил частей животных на поле обломков замерзшей грязи, выброшенной взрывами.

Толщина вечно мерзлого грунта обычно составляет несколько сотен ярдов, но в некоторых местах Сибири они опускаются почти на милю. Каждое лето часть у поверхности, известная как активный слой, оттаивает.

С более теплым летом активный слой углубляется, что может привести к таянию и ослаблению льда над газовыми отложениями.

Газы, вызывающие взрывы, сказал г-н Чувилин, возможно, достигли своего нынешнего давления десятки или сотни тысяч лет назад, поскольку органические компоненты вечной мерзлоты частично разложились перед замерзанием.

Другая возможность состоит в том, что метан, захваченный в более глубоких слоях вечной мерзлоты в кристаллической ледоподобной форме, известной как гидраты метана, возвращается в газообразное состояние, возможно, из-за эффектов глобального потепления. Согласно этой теории, взрывы газовых карманов вызывают повышение давления, а не таяние на поверхности.

«Взрывается, как бутылка шампанского», – сказал г-н Чувилин.

Последний взрыв на месте кратера 17 на полуострове Ямал был одним из самых драматичных.

Оленевод был достаточно близко, чтобы услышать взрыв, но не пострадал. Российская научная экспедиция прибыла на вертолете примерно через месяц, в августе. Кратер был не менее 100 футов глубиной.

Хотя российское правительство поощряет нефтегазовые и горнодобывающие предприятия на крайнем севере, этот район все еще слишком малонаселен, чтобы взрывы представляли большой риск, сказал г-н Чувилин.

Сообщества оленеводов передавали рассказы о таких извержениях до 2014 года, сказал г-н.Чувилина, но советские, а затем и российские ученые не зарегистрировали никаких случаев в более ранние годы. До недавнего времени они, вероятно, были редкостью. Глобальное потепление нагревает Арктику быстрее, чем остальную часть Земли.

«Вечная мерзлота на самом деле не очень постоянная, и никогда не было», – сказал г-н Чувилин.

Через год или два после извержения кратеры наполняются водой и кажутся не более подозрительными, чем небольшие озера.

Вечная мерзлота | геология | Британника

Вечная мерзлота , многолетняя мерзлота, природный материал с температурой ниже 0 ° C (32 ° F) непрерывно в течение двух или более лет.Такой слой мерзлого грунта обозначается исключительно исходя из температуры. Часть или вся его влага может быть разморожена в зависимости от химического состава воды или понижения точки замерзания капиллярными силами. Например, вечная мерзлота с засоленной почвенной влажностью может быть ниже 0 ° C в течение нескольких лет, но не содержит льда и, следовательно, не может быть прочно зацементирована. Однако большая часть вечной мерзлоты укреплена льдом.

Вечная мерзлота без воды и, следовательно, без льда, называется сухой вечной мерзлотой.Верхняя поверхность вечной мерзлоты называется столбом вечной мерзлоты. В районах вечной мерзлоты поверхностный слой почвы, который промерзает зимой (сезонно промерзшая земля) и оттаивает летом, называется активным слоем. Толщина активного слоя зависит, главным образом, от содержания влаги и варьируется от толщины менее фута во влажных органических отложениях до нескольких футов в хорошо дренированном гравии.

Вечная мерзлота формируется и существует в климате, где средняя годовая температура воздуха составляет 0 ° C или ниже.Такой климат обычно характеризуется продолжительной холодной малоснежной зимой и коротким относительно сухим прохладным летом. Таким образом, вечная мерзлота широко распространена в Арктике, субарктике и Антарктиде. По оценкам, он составляет 20 процентов поверхности суши в мире.

Зоны вечной мерзлоты

Вечная мерзлота широко распространена в северной части Северного полушария, где она встречается на 85% территории Аляски, 55% территории России и Канады и, возможно, на всей территории Антарктиды. Вечная мерзлота распространена шире и на севере простирается на большую глубину, чем на юге.Его толщина составляет 1500 метров (5000 футов) в северной Сибири, 740 метров в северной Аляске и постепенно уменьшается к югу.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Большую часть вечной мерзлоты можно разделить на две широкие зоны; непрерывный и прерывистый, относящиеся к боковой непрерывности вечной мерзлоты. В сплошной зоне крайнего севера вечная мерзлота присутствует почти везде, кроме не промерзающих до дна озер и рек.Прерывистая зона включает многочисленные участки, свободные от вечной мерзлоты, которые постепенно увеличиваются в размерах и количестве с севера на юг. Вблизи южной границы обнаружены лишь редкие участки вечной мерзлоты.

В дополнение к тому, что вечная мерзлота широко распространена в арктических и субарктических районах Земли, вечная мерзлота существует также в более низких широтах и ​​в высокогорных районах. Этот вид многолетней мерзлоты называют альпийской вечной мерзлотой. Хотя данных с высоких плато и гор мало, измерения, проведенные ниже активного поверхностного слоя, указывают на зоны, где температура 0 ° C или ниже сохраняется в течение двух или более лет.Самая большая площадь альпийской вечной мерзлоты находится в западном Китае, где, как известно, существует 1 500 000 квадратных километров (580 000 квадратных миль) вечной мерзлоты. В прилегающих к США территориях вечная мерзлота в Альпах ограничена примерно 100 000 квадратных километров в высоких горах на западе. Вечная мерзлота встречается на высоте всего 2500 метров в северных штатах и ​​около 3500 метров в Аризоне.

Уникальное явление вечной мерзлоты – не имеющее аналогов на суше – находится под Северным Ледовитым океаном, на северных континентальных шельфах Северной Америки и Евразии.Это известно как подводная или морская вечная мерзлота.

Изучение вечной мерзлоты

Хотя существование вечной мерзлоты было известно жителям Сибири на протяжении веков, ученые западного мира не принимали всерьез отдельные сообщения о большой толщине мерзлого грунта, существовавшей под северными лесами и лугами до 1836 года. Затем Александр Теодор фон Миддендорф измерил температуру на глубине около 100 метров вечной мерзлоты в Шаргинском валу, неудачно вырытом колодце для губернатора Российско-Аляскинской торговой компании в Якутске, и оценил толщину вечной мерзлоты 215 метров.С конца 19 века российские ученые и инженеры активно изучали вечную мерзлоту и применяли результаты своих знаний при освоении севера России.

Точно так же старатели и исследователи знали о вечной мерзлоте в северных регионах Северной Америки в течение многих лет, но только после Второй мировой войны ученые и инженеры в Соединенных Штатах начали систематические исследования вечномерзлых грунтов. и Канада. С тех пор, как в 1970-х годах началась серьезная эксплуатация огромных запасов нефти на северных континентальных шельфах, исследования вечной мерзлоты под водой продвигались даже быстрее, чем исследования вечной мерзлоты на суше.

Исследования вечной мерзлоты в Альпах начались с изучения каменных ледников в Альпах Швейцарии. Хотя было известно, что лед существует в каменных ледниках, только после Второй мировой войны геофизические исследования четко продемонстрировали медленное движение многолетнего льда, то есть вечной мерзлоты. В 1970-х и 1980-х годах в России, Китае и Скандинавии начались детальные геофизические работы, температура и исследование скважин вечной мерзлоты в горах, особенно в отношении строительства в высокогорных районах и на плато.

Происхождение и устойчивость вечной мерзлоты

Температура воздуха и температура земли

В районах, где средняя годовая температура воздуха становится ниже 0 ° C, часть земли, промерзшей зимой, летом не оттаивает полностью; поэтому слой вечной мерзлоты будет формироваться и каждый год будет постепенно расти вниз из сезонно мерзлого грунта. Слой вечной мерзлоты будет становиться толще каждую зиму, и его толщина будет определяться тепловым балансом между тепловым потоком из недр Земли и потоком тепла наружу в атмосферу.Этот баланс зависит от среднегодовой температуры воздуха и геотермического градиента. Средний геотермический градиент увеличивается на 1 ° C (1,8 ° F) на каждые 30–60 метров глубины. В конце концов, сгущающийся слой вечной мерзлоты достигает равновесной глубины, на которой количество геотермального тепла, достигающего вечной мерзлоты, в среднем равно тому, которое теряется в атмосферу. Требуются тысячи лет, чтобы достичь состояния равновесия, при котором толщина вечной мерзлоты составляет сотни футов.

Годовые колебания температуры воздуха от зимы к лету слабо отражаются в нескольких верхних метрах земли.Это колебание быстро уменьшается с глубиной, составляя всего несколько градусов на высоте 7,5 метров и едва заметное на расстоянии 15 метров. Уровень нулевой амплитуды, при котором колебания практически не обнаруживаются, составляет от 9 до 15 метров. Если вечная мерзлота находится в тепловом равновесии, температура на уровне нулевой амплитуды обычно считается минимальной температурой вечной мерзлоты. Ниже этой глубины температура постоянно увеличивается под воздействием тепла из недр Земли. Температура вечной мерзлоты на глубине минимального годового сезонного изменения колеблется от около 0 ° C на южной границе вечной мерзлоты до -10 ° C (14 ° F) на севере Аляски и -13 ° C (9 ° F) на северо-востоке Сибири. .

По мере того, как климат становится холоднее или теплее, но при поддержании средней годовой температуры ниже 0 ° C, температура вечной мерзлоты соответственно повышается или понижается, что приводит к изменению положения основания вечной мерзлоты. Положение кровли вечной мерзлоты будет понижено из-за таяния, когда климат станет теплее до средней годовой температуры воздуха выше 0 ° C. Скорость изменения основания или кровли вечной мерзлоты зависит не только от количества климатических колебаний, но также от количества льда в грунте и состава грунта, условий, которые частично контролируют геотермический градиент.Если известен геотермический градиент и если температура поверхности остается стабильной в течение длительного периода времени, то, следовательно, можно предсказать, зная среднегодовую температуру воздуха, толщину вечной мерзлоты в конкретной области, удаленной от тел.

About the author

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *