冰川冻土

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苏勃, 李忠勤, 张明军, 郭蓉, 孙美平, 车彦军, 应雪

冰川冻土. 2015, 37(5): 1131-1140. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0127

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物质平衡是冰川对气候变化最直接的响应,是冰川变化的重要参数.大陆型冰川与海洋型冰川发育在不同的水热环境下,它们对气候变化的响应程度、过程和机理存在很大差异,因此在全球变暖背景下对这两类不同性质冰川物质平衡变化特征及其机理做一全面的对比研究意义重大.以东、西天山的乌鲁木齐河源1号冰川和图尤克苏冰川以及阿尔卑斯山东、中、西部的欣特雷斯冰川、Caresèr冰川和Sarennes冰川为参照冰川,在对比分析这五条参照冰川近60 a来物质平衡变化幅度差异和阶段性差异基础上,对大陆型冰川与海洋型冰川物质平衡变化特征及其机理进行了对比研究.结果表明:在物质平衡阶段性变化上,阿尔卑斯山参照冰川物质平衡变化具有相似的阶段性,而天山和阿尔卑斯山参照冰川之间以及天山内部两条参照冰川之间物质平衡阶段性变化存在很大的差异,可见,无论不同性质冰川还是同一性质的不同冰川,其物质平衡的阶段性变化都可能存在差异,这与不同冰川所处环境水热变化的时间差异有关,而与冰川性质无关;在物质平衡变化幅度上,海洋型冰川变化幅度明显大于大陆型冰川,原因是不同性质冰川发育的水热环境及其对气候变化敏感性差异;在前人对冰川加速消融机理的研究基础上,本文也讨论了大陆型冰川与海洋型冰川物质平衡变化的机理及其异同.

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1959-2013年中国境内萨吾尔山冰川变化特征

怀保娟, 李忠勤, 王飞腾, 王璞玉

冰川冻土. 2015, 37(5): 1141-1149. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0128

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萨吾尔山冰川条数少,中国冰川编目将萨吾尔山南北坡的冰川分别附入了天山和阿尔泰山区的冰川,不便于冰川变化研究,因此应给予其特殊考虑.鉴于前人工作中鲜有涉及该区的冰川研究,以萨吾尔山区冰川为研究对象,利用地形图、冰川编目数据以及Landsat遥感影像数据结合实测探地雷达数据,分析萨吾尔山地区冰川变化特征.通过目视解译结合野外实地观测的方法,得到1959-2013年该区的冰川变化特征.结果表明:总体上,萨吾尔山冰川持续退缩明显,1959-2013年中国境内的冰川面积由17.69 km²退缩为10.13 km²,退缩率42.74%,平均每年退缩0.14 km²;萨吾尔山北坡的冰川退缩率为37.57%,南坡退缩率为72.69%,南坡冰川退缩率基本为北坡的两倍.分析认为,南坡冰川退缩率较高的原因除了与坡向因素有关外,单条冰川面积大小是该差异的主要影响因素;基于木斯岛冰川探地雷达测厚结果,对该冰川体积进行了初步估算并与1959年地形图估算出的体积进行对比,发现该冰川体积减少约44.6%.

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东南极达尔克冰川表面运动速度特征研究

黄继锋, 鄂栋臣, 张胜凯

冰川冻土. 2015, 37(5): 1150-1159. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0129

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2007-2012年,在东南极达尔克冰川实施了18期空间方向交会观测,解算得到了冰川的运动规律:其整体平均运动速度为0.41 m·d^-1,平均流向的方位角为7.01°;总的来说,其冬季和夏季的流速基本相当,但冰川前缘附近的运动在冬季显得更为活跃;冰川横截面上从边缘到中心,流速逐渐增大,流速最大的点出现在冰川中轴线上,流速最小的点则出现在边界附近;沿冰川流动方向,从上游至入海口,流速亦逐渐增大,冰川前缘流速最大,此处有较多的冰裂缝发育.与之前的遥感研究结果相比较,冰川运动比较稳定,流速未发现显著变化.

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基于InSAR和ICESat的南极冰盖地区DEM提取和精度分析

万雷, 周春霞, 鄂栋臣, 邓方慧

冰川冻土. 2015, 37(5): 1160-1167. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0130

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结合InSAR和ICESat测高数据,以东南极PANDA断面4个实验区为例,进行DEM生成研究.在干涉相位转换成高程前,引入ICESat测高数据作为控制点优化干涉对基线,消除基线线性误差趋势的影响.利用控制点之外的ICESat测高数据分析4个实验区的DEM精度及其差异,并探讨了引起DEM误差的原因.冰流和地貌特征是影响InSAR生成冰盖DEM精度的重要因素.针对冰流的影响,从理论上进行了分析并结合冰流速数据进行了分析验证.最后利用克里金插值法改正InSAR DEM残余误差,并利用GPS实测控制点对改正效果进行验证.结果表明:对于高纬区流速较小且分布一致的区域,改正效果很好,DEM精度可达3 m;而对于冰流速较大且复杂的地区,需采用多基线等算法进一步消弱冰流引入的误差.

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2011-2013年乌鲁木齐城郊冬季积雪深度与密度空间分布特征

李小兰, 姜逢清, 王少平, 王蕾, 穆叶赛尔·吐地, 张兆永, 张登清

冰川冻土. 2015, 37(5): 1168-1177. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0131

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利用2011-2013年冬季4次地面实测乌鲁木齐城-郊积雪深度与密度数据,应用普通克里格空间插值方法,分析了乌鲁木齐城-郊冬季积雪深度与密度从2011年12月下旬-2012年2月下旬及2012年1月中旬和2013年同期的时空分布特征.结果表明:乌鲁木齐城-郊冬季积雪深度与密度存在显著地区域分布差异及变化特征.整个冬季位于城东北部的米东石化工业园区积雪均较深,尤其12月和2月,在主城区内部又存在不同下垫面下积雪较多的区域.从12月下旬-次年2月下旬,积雪逐渐累积,且积雪深度比密度具有更大的空间变化幅度.除12月下旬大部分主城区雪密度比郊区大之外,1月中旬、2月下旬主城区雪密度均比城东和城东北方向低.2013年1月中旬积雪与2012年同期相比,平均积雪量明显偏厚,约31 cm,但雪密度变化范围不大且深度与密度的空间分布均发生明显改变.本文结果对于了解乌鲁木齐城区积雪的区域差异,为主城区道路积雪清运、保障道路通畅优化方案及春季融雪洪水防御预案的制定提供基础数据支撑,也可以弥补当前气象站点少且空间分布不匀的不足.此外,本文对卫星遥感数据反演的积雪参数精度验证也具有实际参考价值.

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基于SSM/I和MODIS数据的天山山区积雪深度时空特征分析

任艳群, 刘海隆, 包安明, 刘金平

冰川冻土. 2015, 37(5): 1178-1187. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0132

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以天山山区为研究区,利用MODIS 8d最大积雪合成数据MOD10A2,分析天山山区积雪的时间变化和空间变化情况以及不同高程带的积雪覆盖率的变化情况;结合SSM/I亮温数据和站点观测数据建立的雪深反演模型并反演研究区的雪深,根据研究区的地势起伏情况,提取特殊地形进行分析其雪深变化情况,进一步分析整个天山山区的积雪深度的时空特征,并对结果进行验证,并且对不同高程带的积雪深度进行分析.研究结果表明:1)天山山区积雪面积分布的趋势表现为自西向东、自北向南减少,总体是呈波动中减少的趋势,到了2012年天山山区年最大积雪面积为37.69×10⁴ km².2)积雪覆盖率与高程呈正比,在高山区可达70%以上.积雪深度分布呈自西向东、由北向南减少,深度最大的是在天山北部的博格达峰、河源峰附近,可以达到80 cm以上,最小在哈密地区的托木尔提峰附近积雪深度仅在10 cm左右.积雪深度与海拔呈正相关,最大雪深出现在4500 m以上的高山区.3)对雪深反演结果的精度评价表明,模型在10~30 cm雪深范围内,反演平均误差为-2.47 cm;在雪深<10 cm或>30 cm的局部地区存在较大偏差.

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基于多源数据的近50 a玛纳斯河流域冰川变化分析

樊晓兵, 彦立利, 徐京华, 郝晓华, 李弘毅, 王建, 刘大锋

冰川冻土. 2015, 37(5): 1188-1198. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0133

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我国新疆玛纳斯河流域的冰川变化极大影响流域内及其周边地区的经济社会发展.使用国产高分一号(GF-1)遥感影像和Landsat8数据,分别通过基于多源数据的冰川识别方法和波段比值法获取了2013年玛纳斯河流域冰川信息,结合玛纳斯河流域第一次(1964年)、第二次(2009年)冰川编目数据与1998年、2003年TM影像冰川目视解译结果等四期的冰川边界矢量数据,对玛纳斯河流域1964-2013年50 a来的冰川变化特征进行了综合分析.研究结果显示:玛纳斯河流域冰川自2009年以来有略微增加的趋势,2013年冰川面积比2009年增加了10.25 km²,这在一定程度上抑制了长期以来冰川的快速消融;1964-2013年,玛纳斯河流域的冰川总体呈减少趋势;冰川面积从1964年的673.61 km²减少到2013年的512.07 km²,面积减少161.54 km²,减少23.98%;近50 a来,流域内冰川面积在海拔4500 m及以上呈净增加趋势,而在海拔4500 m以下呈净减少趋势,冰川在海拔(4000±100) m左右退缩的速率最大,高达0.5 km²·a^-1;冰川面积的减少主要体现为大量的冰舌后退和小面积冰川的快速消融,超过85%的冰川冰舌后退距离在200 m以上;该流域的冰川变化主要集中在南、北两个坡向,在南坡向上出现明显的先减少和后增加的变化趋势;1964-2013年,玛纳斯河流域的气温和降水量呈较明显的增加趋势,线性增加率分别为0.26℃·(10a)^-1和16.07 mm·(10a)^-1.研究结果表明气温的持续升高和降水量的增加分别是导致玛纳斯河流域冰川减少期和增加期形成的主要原因.

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新疆阿勒泰地区近50 a夏季极端降水事件变化特征

张林梅, 苗运玲, 李健丽, 王澄海

冰川冻土. 2015, 37(5): 1199-1208. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0134

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利用新疆阿勒泰地区近50 a(1961-2010年)7站夏季(6-8月)逐日降水资料、NCEP/NCAR资料及大气环流指数,采用百分位定义法确定各站夏季极端降水事件阈值,运用线性趋势、突变分析、滑动t检验、Morlet小波分析及相关分析等方法来分析该地区夏季极端降水事件的气候变化.研究表明:阿勒泰地区各站夏季极端降水事件阈值为9.0~13.1 mm·d^-1,阈值存在明显的空间分布差异,且地形及海拔高度对该地区夏季极端降水事件阈值均有影响,海拔高度与阈值两者基本呈指数关系.近50 a来阿勒泰地区夏季极端降水频数及强度的年代际变化具有较好的同步性,均表现为20世纪80年代中期之前频数(强度)偏少(弱),80年代中期以后频数(强度)增多(增强),并于20世纪90年代中期达到最多(最强),但进入2000年后频数(强度)开始减少(减弱).近50 a来阿勒泰地区夏季极端降水事件年际变化的持续性较好,大部分站均没有出现显著性突变,只有阿勒泰、富蕴站在20世纪80年代末期及90年代初出现了明显的突变.北非大西洋北美副高脊线、北非副高脊线、西藏高原A指数是影响该地区夏季极端降水事件的主要因子.

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巴丹吉林沙漠季节冻土特征

宁凯, 王乃昂, 胡文峰, 张洵赫, 孙杰, 王旭

冰川冻土. 2015, 37(5): 1209-1216. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0135

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通过巴丹吉林沙漠腹地连续的地温观测和2014年1月的专题考察,发现巴丹吉林沙漠属于季节冻土区,年冻结时间长达4个月.沙漠内部的局地地形和湖泊分布是影响季节冻土分布差异的重要因素.迎风坡和背风坡冻土冻结深度显著大于丘间地冻结深度,湖泊的存在使湖泊周边地区最大冻结深度显著变浅.通过沙漠及其周边地区地温、气温、地气温差的分析,结合我们在巴丹吉林沙漠外围发现的末次冰期砂楔群,表明我国北方沙漠在末次冰期属于不连续的多年冻土区.

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青藏高原发现大型冻胀丘群

吴吉春, 盛煜, 曹元兵, 李静, 冯子亮, 王新斌

冰川冻土. 2015, 37(5): 1217-1228. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0136

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在青藏高原黄河源地区多格茸盆地内发现大型冻胀丘群,这些冻胀丘外观多呈穹窿状,有些呈脊状、新月状.盆地内的冻胀丘隆起高度多在3~6 m,最高不超过10 m,水平扩展范围数十米到上百米,最大超过300 m.冻胀丘在盆地内密集分布,众多小型湖塘嵌于其中,分布密度估计5~8个·km^-2,局部区域内可达10个·km^-2以上.从外观看,多数冻胀丘形态较完整,但有的已经部分塌陷,有的几乎完全塌陷,不同塌陷阶段的冻胀丘在盆地内均有发现.冻胀丘顶部钻孔岩芯揭示高含冰地层从丘顶以下5 m左右一直延续到20多米,局部发育厚层地下纯冰层,厚度可达2 m以上.根据外观形态、地下冰类型判断,这些多年生的冻胀丘属冰土丘(lithalsa),和常见的冰核丘(pingo)有所区别.初步判断,这些冻胀丘形成于全新世大暖期以后的新冰期时期.多格茸盆地冻胀丘群的发现对现行的工程建设及工程建筑物的运营安全、区域古环境、流域水文等方面的研究都具有重要意义.

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青藏高原地区多套位势高度和风场再分析资料的对比分析

胡梦玲, 游庆龙, 林厚博

冰川冻土. 2015, 37(5): 1229-1244. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0137

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针对20CR、CFSR、NCEP1、NCEP2、ERA-Interim、ERA-20CM和JRA-55再分析位势高度和风场资料,基于探空资料,采用计算均方根误差、相关分析等方法从气候均值、长期变化趋势和年际变率三个方面评估再分析资料在青藏高原地区的适用性.结果表明:再分析资料的适用性存在季节、空间和垂直层次上的差异.气候均值方面,NCEP1和ERA-Interim位势高度资料与观测资料最接近,适用性最佳,而ERA-20CM资料偏差最大.春夏季,NCEP2和NCEP1的风速资料质量较优,20CR和ERA-20CM资料质量相对较差;而秋冬季,ERA-20CM风速资料与探空资料最接近,质量最好.气候变化趋势方面,JRA-55、ERA-Interim和NCEP1资料质量存在时空的差异,但均能很好地反映出位势高度的变化趋势.年际变率方面,除了ERA-20CM,各再分析资料与探空资料相关性高,对年际变率的刻画基本一致,其中JRA-55和ERA-Interim位势高度资料与探空资料相关性最好.就季节而言,冬季再分析资料质量最高,适用性好,其次为春季,夏季资料质量最低.

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黄河源区玛多县沙漠化成因与发展过程

姚正毅, 李晓英, 董治宝

冰川冻土. 2015, 37(5): 1245-1256. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0138

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通过分析黄河源区玛多县沙漠化的成因和过程,结果表明,玛多县沙漠化成因类型有三种,分别为固定沙丘/古沙丘活化、滑塌陡坎及风蚀斑块,其形成都与多年冻土退化相关.在固定沙丘或古沙丘分布区,冻土退化导致热融沉陷,形成沉陷坑,沉陷坑边缘形成拉裂缝或陡坎,使下伏松散沙露出.在斜坡上,冻土退化形成滑塌陡坎,使底层土壤从侧面暴露.在平坦的冲积平原,差异性冻胀和融沉导致草皮拉裂,形成积水坑洼,冻土退化导致土壤变干,土壤的底层暴露.下伏风成沉积物暴露后,遭受风蚀,形成侧向凹槽,致使上部土体坍塌,使更多的风成沉积物暴露,这些过程的不断重复,使风蚀坑、陡坎、风蚀斑块扩大相连,最终形成流动沙丘、风蚀劣地、戈壁等地貌.

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河套干旱地区夏季边界层结构特征观测分析

崔洋, 常倬林, 桑建人, 左河疆

冰川冻土. 2015, 37(5): 1257-1267. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0139

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利用2013年夏季7月爱尔达K/LLX802J型机动式边界层风廓线雷达获取的三维风场资料和银川站高空气象探测资料,对河套干旱地区夏季边界层日变化特征进行了分析.结果表明:爱尔达K/LLX802J型机动式风廓线雷达能较好的反映并分辨出夏季河套干旱地区边界层内大气湍流和风场的演变过程.夏季7月河套干旱地区边界层高度白天平均为2127.2 m,夜间平均为1760.7 m,白天边界层高度比夜间平均高366.5 m.河套干旱区夏季地表非绝热加热对边界层的影响主要集中在800 m以下,800~2000 m高度边界层则主要受昼夜交替和大尺度天气系统的影响.夏季7月河套干旱地区边界层风速在300 m以下随高度增加而增大,离地500 m以下边界层易在北京时间07:00-11:00和18:00-21:00时段发生风速切变;300 m以下边界层白天盛行西南偏南风、夜间盛行南风,300~2000 m高度边界层白天和夜间均盛行东南风;离地300 m以下边界层易在夜间21:00-23:00时出现风向切变.夏季7月白天河套干旱地区边界层大气垂直速度在300 m高度以下随高度增加而增大,由0.3 m·s^-1增大到0.6 m·s^-1,夜间边界层大气垂直速度在200 m高度以下随高度增大而增大;300 m高度以上边界层大气垂直速度无论昼夜随高度变化均较小.

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高原寒区冻融作用对水利工程基岩边坡稳定性影响分析

周志东, 刘武

冰川冻土. 2015, 37(5): 1268-1274. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0140

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西藏属于青藏高原的主体部分,该区域具有气候寒冷、温差大、太阳辐射强等特征,因而在海拔4000 m以上的地区冻融作用特别突出,并对工程边坡造成一定的影响.在已有的试验参数的基础上,采用有限差分法,以西藏某水利枢纽工程泄洪洞进水口边坡为例,计算分析了冻融作用对不同工况下边坡稳定性的影响.通过计算分析得到,冻融作用会导致边坡安全稳定系数有微小的下降,变化虽然不大,但是由于西藏高寒地区临界稳定边坡多,冻融作用导致边坡变形破坏的可能性较大,从而给工程造成损失和危害.因此,在施工过程中应该采取必要的措施,采用防冻融的材料,及时锚喷封闭边坡,防止大量降水或者地下水的侵入,有效减小冻融作用的影响是十分必要的.

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冰雪消融期松花江哈尔滨段干流水动力模拟及其时空分布特征分析

王宏, 刘硕, 万鲁河, 孙夕涵

冰川冻土. 2015, 37(5): 1275-1282. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0141

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受春季冰雪消融的影响,我国北方地区的河流会形成桃花汛期,期间河流的水位、水深和流场较其它季节会发生较大变化,从而对流域水环境管理和水资源保护的利用产生影响.为科学地对松花江哈尔滨段在冰雪消融期水动力变化情况进行分析,利用ArcGIS 10.0对DEM影像进行矢量化,在Delft3D-RGFGRID中创建正交曲线网格,基于EFDC模型建立松花江哈尔滨市段二维河流数值水动力模型.模拟了2014年1月-10月间的整个河段不同时空条件下的水动力变化情况,根据哈尔滨市水文站2013年、2014年实测数据对模型的参数和模拟结果进行率定和验证,模拟水位与实测水位最大相差0.33 m,相对误差<10%,吻合度高.模拟结果表明:整个江段平均水位在桃花汛期可达116.38 m,丰水期进一步上升至116.54 m,枯水期为115.64 m,平水期为116.23 m.朱顺屯和阿什河口断面水深在丰水期都明显大于桃花汛期,呼兰河口和大顶子山断面两汛期的水深几乎持平,大顶子山断面水深在各时期都较浅,附近易发生冰塞.朱顺屯、阿什河口、呼兰河口大顶子山桃花汛期流速分别为0.55、0.61、0.43、0.57 m·s^-1;丰水期流速分别为0.59、0.66、0.47、0.63 m·s^-1,各断面桃花汛期的流速与丰水期流速相当,略小于丰水期,流向平稳无涡旋.该模型可以较好的模拟河道水力要素随时间及空间演变规律,以便在不同典型水文年进行水力模拟和预测,可为松花江冬春季通航管理、水资源配置、水质模拟、水质目标管理、水环境容量计算和污染物总量减排提供决策依据.

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我国季节性冻土区公路路基冻害及其防治研究进展

武立波, 祁伟, 牛富俊, 牛永红

冰川冻土. 2015, 37(5): 1283-1293. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0142

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近年来,季节性冻土区公路路基冻害研究已取得了长足的进步,但是,因受气候、环境、冻融循环等不同因素的影响,季节性冻土区公路路基冻害问题依然突出.随着国家公路规划网的逐步实施,将有更多的公路工程向季节性冻土区推进,为了将已有的研究成果更好地应用于工程实践,需对其进行综合评述.基于前期的研究基础,总结我国季节性冻土区公路路基冻害的主要破坏形式及分布区域,讨论影响路基冻害的几个主要因素,分析和总结已有公路路基冻害防治措施的研究现状,提出季节性冻土区公路工程面临的问题和研究建议,为深化季节性冻土区公路路基冻害及其防治研究提供新思路.

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2006-2015年“寒区岩土力学与工程”领域国家自然科学基金资助情况统计及发展趋势浅析

申艳军, 杨更社, 唐丽云, 王璇

冰川冻土. 2015, 37(5): 1294-1303. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0143

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随着我国"一带一路"国家新战略提出,"陆上丝绸之路新经济带"建设将面临诸多寒区岩土力学与工程问题,也正成为我国岩土工程领域研究热点.国家自然科学基金作为目前国内自然学科领域最高级别研究支持项目,受到各方广泛关注,所提出的研究课题可谓代表本领域的研究主流与前沿.以"寒区岩土力学与工程"为主题,对本领域近10 a(2006-2015年)获批国家自然科学基金展开资助规模、依托单位及学科门类统计,分析本领域NSFC基金整体发展态势,并对基金研究主题进行分类、整理,对目前本领域发展现状进行了较为系统的分析.基于统计、分析结果,浅析该领域未来应重点关注的研究方向及发展趋势,本综述研究以期为本领域研究人员基金申报及研究主题选择提供参考.

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1981-2013年气候因子变化对西藏拉萨河径流的影响

张核真, 卓玛, 向飞, 卓嘎, 格桑

冰川冻土. 2015, 37(5): 1304-1311. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0144

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采用1981-2013年西藏拉萨河流域2个气象站降水量、气温、蒸发量的实测数据,以及拉萨水文站径流序列资料,分析拉萨河流域降水、气温变化及其对径流量的影响.结果显示:近33 a来,拉萨河流域降水量呈增多趋势,冷季增多趋势显著,倾向率达到3.51 mm·(10a)^-1;年、季平均气温、平均最高、最低气温呈显著增高趋势.平均气温倾向率年尺度为0.58℃·(10a)^-1、暖季0.42℃·(10a)^-1、冷季0.74℃·(10a)^-1;年、季蒸发量呈显著减少趋势,倾向率达到年127.7 mm·(10a)^-1、暖季82.2 mm·(10a)^-1、冷季45.5 mm·(10a)^-1.20世纪80年代降水量偏少、气温偏低、蒸发量大,是一个比较寒冷干燥的时期;90年代降水增多、气温增高、蒸发量减少,到21世纪初,降水、气温均达到各年代最高值,蒸发量为各年代最小,拉萨河流域进入一个相对温暖湿润的时期;拉萨河径流量年际变化较小,其变化趋势与降水、气温基本一致,20世纪80年代径流量最小,之后逐年代增大,21世纪初,年、季径流量达到各年代最大.1983年全流域出现的干旱少雨天气,导致20世纪80年代拉萨河年和暖季径流略偏枯,其他时段年、季径流无明显的丰枯变化,处于一个比较平稳的状态;拉萨河流域降水量的大小直接影响着径流量的大小,且暖季降水在拉萨河年径流的形成上起主导作用;气温的显著升高和人类活动对下垫面条件的改变,削减了降水量增多、蒸发量减少对径流形成的有利影响.

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渭河上游典型小流域水文特征差异性分析

黄晨璐, 杨勤科, 黄维东, 宋阁庆, 刘雅慧

冰川冻土. 2015, 37(5): 1312-1322. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0145

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根据渭河流域两个典型小流域的实测水文和气象资料,分析了不同气候和下垫面条件的流域水文特征及其差异性.结果表明:清源河和牛谷河流域的年平均气温呈上升趋势,降水、径流、泥沙、降水径流系数均呈减少趋势;两个流域的降水、径流和泥沙历年变化不一致,1998-2013年清源河流域降水量相对牛谷河流域减少了8.6%,1993-2013年牛谷河的径流相对减少了21.4%,2000-2013年清源河的泥沙相对减少了24.0%;两个流域的面积、河长、海拔、植被覆盖率等流域特征值相对差在-29.4%~-4.5%之间,气温、降水等气候特征值相对差在-27.4%~16.7%之间,而径流特征值相差较大,相对差在-90.2%~-84.7%之间,泥沙特征差异性更大,相对差在292%~347%之间.对气候、下垫面和人类活动对水文要素的影响进行了研究,受人类活动的影响,清源河流域1996-2013年年径流减少11.6%,牛谷河流域1993-2006年年径流减少25.9%,2007-2013年再减少10.5%,研究人类活动的调水减沙效应,对流域综合治理、生态环境建设具有一定的指导意义.同时,充分利用不同小流域实测水文气象数据,分析水文气象要素的变化规律,可以为分布式水文模型研究和中小河流洪水预警预报提供重要依据.

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“蒸发悖论”在黑河流域的探讨

王忠富, 杨礼箫, 白晓, 贺缠生

冰川冻土. 2015, 37(5): 1323-1332. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0146

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利用黑河流域12个气象站点1960-2010年的气象资料,运用FAO Penman-Monteith模型计算潜在蒸散量,采用旋转经验正交函数、Mann-Kendall检验等方法系统分析了过去51 a间潜在蒸散量及气温的变化趋势,重点对"蒸发悖论"在黑河流域的规律进行分析.结果表明:根据潜在蒸散量的旋转经验正交函数分区结果,黑河流域可以划分为4个子区."蒸发悖论"仅于1960-1993年存在于黑河流域河西走廊区(Ⅱ区、Ⅲ区);其它各区无"蒸发悖论".1994-2010年由于潜在蒸散量的显著上升,河西走廊区"蒸发悖论"消失.1993年是黑河流域潜在蒸散量变化趋势的一个转折点,1994-2010年黑河流域的潜在蒸散量表现为统计显著的上升趋势.风速的变化是影响黑河流域河西走廊区"蒸发悖论"出现和消失的重要因素.

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张掖市甘州区农业水资源利用效率分析

武翠芳, 柳雪斌, 邓晓红, 熊金辉, 高文齐

冰川冻土. 2015, 37(5): 1333-1342. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0147

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提高水资源利用效率和效益,是解决干旱和半干旱地区缺水问题的关键手段.运用数据包络分析法,从微观农户的角度出发,对张掖市甘州区农业水资源利用效率进行研究.基于对2012年甘州区农业灌溉用水和投入产出情况的调查数据,用DEAP2.1软件测度该地区农业水资源利用效率,并对农业节水潜力进行估算,最后针对分析结果提出提高农业水资源利用效率政策建议.结果表明:甘州区农业水资源利用效率水平高于农业生产效率水平;调整种植规模比减少水资源投入对提高农业水资源利用效率具有更明显的效果;农业水资源利用效率较高的几个乡镇水资源投入冗余较多,水资源浪费较严重,农业水资源利用效率较低的乡镇反而投入冗余较少浪费现象也较少.甘州区的农业节水潜力估算结果为7682.5×10⁴ m³.研究结果对张掖市甘州区节水型社会建设试点的建设效果做出评价,为进一步提出如何提高农业水资源利用效率提供相关参考意见.

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基于MOD16产品的淮河流域实际蒸散发时空分布

杨秀芹, 王磊, 王凯

冰川冻土. 2015, 37(5): 1343-1352. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0148

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蒸散发是陆面过程中的重要环节,联系着陆面水循环和地表能量平衡.淮河流域地处中国南北气候过渡带,对淮河流域实际蒸散量时空变化的研究,有助于深入理解中国气候过渡带水循环对全球气候变化的响应.应用遥感技术对淮河流域MOD16_ET数据进行精度验证,并分析2000-2014年淮河流域蒸散发时空分布特征.结果表明:MOD16_ET产品在淮河流域内的精度总体上符合要求;淮河流域多年平均蒸散发的空间分布整体上呈南高北低,季节蒸散量的空间分布与年蒸散量的空间分布大体一致;近15 a淮河流域平均的实际蒸散量变化范围为531.7~634.0 mm,且存在不显著的下降趋势,实际蒸散量的季节变化大致呈单峰型分布,且季节变化较为明显,夏季(257.2 mm) >春季(143.7 mm) >秋季(120.7 mm) >冬季(66.6 mm);淮河流域西北部,夏、秋、冬三季的季节蒸散量变化速率对年蒸散量变化速率的贡献较大;淮河流域东部,春季的蒸散量变化速率占年蒸散量变化速率的比重较大.研究结果对于淮河流域内水资源短缺问题的解决、有限水资源的合理利用以及旱涝灾害的监测和预警有着重要的意义.

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祁连山大野口流域土壤水热空间变化特征研究

牛赟, 刘贤德, 苗毓鑫, 车宗玺

冰川冻土. 2015, 37(5): 1353-1360. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0149

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土壤水热对水源涵养功能的发挥影响较大,为了研究流域空间上的水源涵养功能变化规律,在祁连山大野口流域布设90个土壤水热监测探头,对已取得的100多万个数据采取相关分析、变异系数等方法,研究土壤水热空间的变化特征.结果表明:随海拔增大,土壤水分呈波动性增大趋势,增大率约为2.35%·(100m)^-1,土壤温度呈波动性降低趋势,降低率约为0.74℃·(100m)^-1.半阴坡土壤水分比半阳坡高1.2倍、比阳坡高1.7倍,半阳坡土壤水分比阳坡高1.4倍.半阴坡土壤温度比半阳坡低1.6倍、比阳坡低2.2倍,半阳坡土壤温度比阳坡低1.3倍.土壤水分与其深度呈二次函数的抛物线变化关系,土壤温度与其深度呈线性函数关系,深度每增加10 cm,其温度降低约0.536℃.亚高山灌丛林比乔木林土壤水分高1.5倍、比草地高1.7倍,乔林比草地土壤水分高1.2倍.亚高山灌丛林比乔木林土壤温度低1.6倍、比草地低2.3倍,乔木林土壤温度比草地低1.4倍.高海拔半阴坡灌丛林土壤温度变化最剧烈,低海拔阳坡草地土壤变化较小.研究成果可为探索流域水资源管理及利用提供科学依据和参考资料.

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气候变化对藏东北牧业生产关键期的影响

杜军, 马鹏飞, 杜晓辉, 袁雷

冰川冻土. 2015, 37(5): 1361-1371. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0150

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利用藏东北10个气象站1961-2013年逐日平均气温资料,采用反距离权重插值法、线性回归、Mann-Kendall检验等方法,分析了牧草生长季(PGS)、牧草青草期(GGD)、牲畜抓膘期(FD)和牲畜掉膘期(FLD)等牧业生产关键期的时空变化,预估了未来50 a和100 a牧业生产关键期的变化.结果表明:近53 a PGS因结束日推迟而延长1.70 d·(10a)^-1,GGD平均每10 a延长1.53 d,牲畜抓膘开始期线性趋势不明显,结束期趋于推迟,FD平均每10 a延长1.84 d;牲畜掉膘开始日期显著推迟,结束日明显提前,FLD以-4.33 d·(10a)^-1的速度显著缩短.PGS的变化趋势与经度呈正相关,与海拔高度为负相关.PGS突变发生较早,出现在1998年;2005年是GGD明显变长的突变点,而FD和FLD的突变时间均发生在2003年.在10 a年际变化尺度上,近30 a PGS、GGD和FD呈逐年代增加趋势,而FLD趋于减少.如果气候按升温率0.044℃·a^-1变化,50 a后PGS、GGD和FD分别延长20.2、18.4和21.6 d,FLD缩短23.2 d;未来100 a PGS、GGD和FD可能分别延长40.3、36.9和43.2 d,FLD缩短46.5 d.这种变化趋势十分有利于藏东北牧草生产.

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放牧强度对高寒杂草类草甸群落结构及生物量的影响

毛绍娟, 吴启华, 李红琴, 张法伟, 李英年

冰川冻土. 2015, 37(5): 1372-1380. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0151

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分析了不同放牧强度下青藏高原高寒杂草类草甸植物群落种类组成与结构、物种多样性、生物量的变化状况.结果表明:重牧(HG)条件下草层垂直分化不明显,仅1层结构,而轻牧(LG)和中牧(MG)与对照(CK)条件下禾草和矮嵩草能得到较好的生长,草场垂直结构分异为2层;不同放牧强度下莎草科、禾本科和杂类草的重要值变化趋势不尽相同,HG会导致种类组成的下降,CK和适度放牧下种类组成仍保持较高的水平;尽管短期过度放牧抑制了优良牧草的生长和发育,种类组成降低,但因放牧时间短,组成群落的主要优势种具有较强的耐牧性以及植物生态-生物学特性和遗传性,其群落结构是稳定的;植物地上生物量表现出MG >LG >CK >HG,即适度放牧可提高地上生物量;地下生物量在CK条件下最高,其次为MG、HG和LG,CK、MG与LG、HG有显著性差异.植物根冠比从大到小依次为HG、CK、MG、LG,HG的根冠比显著大于LG.

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多年冻土区高寒草甸根系分布与活动层温度变化特征的关系

岳广阳, 赵林, 王志伟, 邹德富, 张乐乐, 乔永平, 赵拥华, 牛丽

冰川冻土. 2015, 37(5): 1381-1387. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0152

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多年冻土区植物根系的地下分布格局是其适应高寒、反复冻融作用等特殊环境条件的重要体现.针对目前青藏高原高寒植物根系研究不足的现状,对青藏铁路沿线高寒草甸植物群落根系的分布特征及多年冻土活动层地温变化等进行调查观测.研究高寒植物群落根系在活动层土壤中的垂直分布特征,重点探讨多年冻土活动层温度变化对于高寒植物根系分布和格局的影响,揭示植物根系对冻土环境变化的响应特征及其对逆境条件的适应策略.研究结果表明:活动层季节性冻融对于高寒植物和地下根系分布格局具有深刻的影响,多年冻土表层最先具备适宜根系生长的温度和水分条件,导致高寒草甸根系分布浅层化,生物量大量累积在土壤表层,并随深度增加而减少.高寒草甸地下平均总根量为3.38 kg·m^-2,0~10 cm土层根量密度平均为21.41 kg·m^-3,约占地下根系总量的63.4%.高寒草甸植物群落具极高的根茎比,活动层长期的低温环境增加了根系的干物质总量和高寒植物总的生物产量.活动层0℃以上积温是根系分布的主要影响因子.

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青藏高原不同生境中祁连圆柏叶片δ¹³C变化及其与环境和树高的关系

张有福, 陈拓, 张鹏, 徐国保

冰川冻土. 2015, 37(5): 1388-1395. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0153

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以分布于青藏高原东北缘的优势乔木祁连圆柏为研究对象,分析了叶片δ¹³C值变化及其与树高、土壤含水量、降雨量和叶片碳氮含量的关系.研究结果表明:研究区祁连圆柏叶片δ¹³C值的变化范围为-28.58‰~-23.95‰,平均值为-25.66‰,变化幅度为4.63‰,而同一生境不同个体之间的变化幅度为2.69‰和2.93‰,说明祁连圆柏叶片δ¹³C值的变化是植物自身遗传特性与环境因子共同作用的结果.叶片δ¹³C值与树高呈明显的负相关关系(p<0.01),并且这种关系不随采样位点的不同而改变;与叶片C和N含量不相关,而与土壤含水量和年平均降水量显著负相关(p<0.001).

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猪毛菜在不同降水条件下的水分来源差异研究

邢星, 陈辉, 陈同同, 韩璐

冰川冻土. 2015, 37(5): 1396-1405. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0154

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通过测定大柴旦与都兰地区猪毛菜木质部水分及其不同潜在水源的稳定性氢氧同位素值,利用多源线性混合模型分析不同水分来源对猪毛菜的贡献率.研究结果表明:大柴旦地区大气降水线为y=7.565x+4.796(R²=0.908),都兰地区大气降水线为y=6.005x-7.856(R²=0.7391),说明两个地区都存在较强的蒸发作用.但是,都兰地区较大柴旦风速大,温度高,雨水蒸发速度快,造成雨水δ¹⁸O偏高,形成比大柴旦地区斜率更小的当地大气降水线.大柴旦和都兰地区的猪毛菜,在两个样地的用水策略上存在显著差异.在降水较少的大柴旦地区,猪毛菜以土壤水为主要水源.在降水较多的都兰地区,则以降水为主要水源.就其对土壤水的使用情况来看,大柴旦的猪毛菜多利用深层土壤水,而都兰地区的猪毛菜却对表层土壤水利用比例较大.两地猪毛菜在生长季的不同时期都存在对利用水源的转换现象.为适应不同地区降水量的变化,猪毛菜根据不同水源调节利用比例.降水格局的改变将导致猪毛菜的水分利用策略发生适应性的变化.

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张掖市农耕期热量资源变化特征及对农业生产的影响

殷雪莲, 王涓力

冰川冻土. 2015, 37(5): 1406-1411. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0155

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利用张掖市6个气象观测站1961-2010年实测气温资料,运用5 d滑动平均、气候倾向率、Mann-Kendall检验等方法,对农耕期初日、终日、持续日数及≥0℃积温的分布特征、年际和年代际演变规律及突变特点进行分析,结果表明:张掖市农耕期初日随海拔高度的升高推迟,终日则相反,农耕期日数自西北部向东南缩短,积温南北差异显著;近50 a初日提早,终日推迟,持续日数延长,积温增加趋势明显;20世纪70-80年代前期各地表现出农耕期初日推迟,终日提前,持续日数较短,≥0℃积温偏少的特点;20世纪90年代以来,终日延迟程度大于初日提前程度,积温增加显著,尤其2001-2010年增幅为50 a最大;山前绿洲及荒漠绿洲农耕期终日、持续日数及积温分别在1995/1997年、1982/1990年、1996/1999年发生了突变;农耕期热量资源增加,对作物种植结构的调整、生育进程的加快及产量均产生一定影响.

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西藏自治区旅游气候适应性分析

石磊, 黄晓清, 尼玛吉, 次仁央宗, 罗珍

冰川冻土. 2015, 37(5): 1412-1419. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0156

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本文利用西藏38个气象站点的观测资料计算1980-2014年的风效指数和温湿指数,进行聚类分析,结合旅游区景观特征及行政区划等因素对西藏旅游景点进行区划,使用风效指数、温湿指数及空气含氧量指标对区划后的旅游区进行气候条件评价和趋势分析.研究表明:西藏旅游资源可分为6个区域,各区风效指数、温湿指数的空间分布呈现出自东南向西北递减的规律,东部地区生物气温相对舒适,适宜旅游的时段为3-10月,而西部地区生物气温较低,适宜旅游的时段为5-9月.逐月含氧量呈抛物线状的变化,最高值出现在8月,最低值在1月.藏东南区域含氧量相对较高,常年在60%以上,部分区域在70%以上.近年来,西藏各地气候正在向更为温暖、舒适的方向发展,西藏年风效指数和年温湿指数呈显著的线性增长趋势,增幅分别为21.79·(10a)^-1、0.32·(10a)^-1.与过去30 a相比,雅鲁藏布江流域及西藏东部部分地区近5 a的旅游适宜期延长了1~2个月.

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基于栅格尺度的阿勒泰地区旅游气候舒适度评价

曹开军, 杨兆萍, 孟现勇, 韩芳

冰川冻土. 2015, 37(5): 1420-1427. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0157

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气候的舒适度是游客选择旅游目的地的重要影响因素之一,利用1960-2013年近54 a的研究区气象统计资料,结合地理信息系统(GIS)空间分析方法,并考虑气温垂直递减规律这一因素,分析了阿勒泰地区500 m×500 m分辨率栅格尺度的逐月温湿指数、风效指数、着衣指数及综合舒适指数,通过对4个指数所反映的舒适度和舒适期进行对比分析,发现综合舒适指数可从客观角度反映气候因素对人体感觉的综合影响,能达到较为精准的评估效果.研究表明:阿勒泰旅游气候舒适度变化受当地地形和季节变化的影响较大,旅游舒适度季节变化明显,适宜户外旅游的舒适期短暂.季节变化中,冬季不适宜开展户外旅游活动;春季阿尔泰山山区气候舒适度不舒适,山区以南和西南萨吾尔山以北舒适度较不舒适;夏季分布在额尔齐斯河以北的山麓和山间河谷地区,以及青河县中部和南部,富蕴县南部地区人体感觉舒适,占全区总面积的39.62%,其余大部分区域较舒适;秋季分布在哈巴河县、布尔津县、阿勒泰市南部及福海县中部和南部区域感觉较舒适,占全区总面积的36.79%.阿勒泰地区旅游舒适期为1~5个月,旅游资源的空间分布契合该地区旅游舒适期的区域空间分布,利于本地区进行旅游开发和旅游活动.

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美国西部冰冻圈考察随笔

丁永建, 秦大河, 任贾文

冰川冻土. 2015, 37(5): 1428-1434. https://doi.org/10.7522/j.isnn.1000-0240.2015.0158

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2015年, 第37卷, 第5期　刊出日期：2015-10-25

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