摘要
近年来,全球气候变暖,地温升高,导致冻土退化严重,其中,我国青藏高原冻土退化问题尤为严峻。青藏铁路在我国西部地区的经济和社会发展等方面发挥了巨大作用,青藏铁路沿线多年冻土地区地质条件复杂,生态环境脆弱,且多年冻土对地温的变化极其敏感,这些问题直接影响了寒区的工程安全和可持续发展。因此,采用一定的方法模型对青藏铁路沿线多年冻土地温场进行模拟,获取青藏铁路沿线多年冻土地温场分布特征和活动层厚度变化规律显得尤为重要。目前,青藏高原多年冻土地温场分布模拟的研究尽管考虑了多种因素的影响,多年冻土地温与影响因素间存在的空间非平稳性特征和冻土热学参数在空间分布上不一定是常数的问题仍未被考虑,且多年冻土地温场模拟过程中出现的影响因素间多重共线性问题依旧存在。因此,针对上述问题本文以青藏铁路沿线昆仑山-尺曲谷地段为例,开展了以下工作:(1)对研究区铁路工程钻孔实测地温数据进行收集和整理,并分析了实测地温数据的空间分布情况和分析不同时间和不同地形条件下多年冻土地温随深度的变化特征。(2)从地理要素、气象条件和局地因素三个方面选取了11个多年冻土地温影响因素。将11个多年冻土地温影响因素与实测地温数据进行了相关性分析、多重共线性检测和空间非平稳性探测。利用主成分分析方法(PCA)消除影响因素间的多重共线性,确定了用于多年冻土地温场模拟的7个相互独立的解释变量。(3)将实测地温数据和解释变量带入具有外部漂移克里金模型(KED)、地理加权回归模型(GWR)和地理加权回归克里金模型(GWRK)三种模型中,验证模型性能,最终确定选取GWRK模型对青藏铁路沿线昆仑山至尺曲谷地段多年冻土地温场空间分布进行模拟。详细分析了2001年7-9月青藏铁路沿线多年冻土地温场的分布特征,并获取该地区多年冻土活动层融化深度。通过钻孔点位的实测地温随深度的变化曲线与模拟地温随深度的变化曲线的对比分析,以及基于GWRK模型地温模拟残差的空间自相关分析,证实了本方法的可靠性。实验表明:本研究选取的11个地温影响因素间存在多重共线性,多年冻土地温与影响因素间存在空间非平稳性特征。KED模型、GWR模型和GWRK模型均可用于青藏铁路沿线多年冻土地温场分布模拟,其中,GWRK模型的模型性能优于KED模型和GWR模型,且模拟结果可靠性强。本文研究成果可以为青藏铁路沿线多年冻土区的可持续发展和生态环境保护研究提供数据基础。同时,研究方法对川藏铁路地温场分布模拟具有一定的参考价值。