周 保， 魏 剛， 張永艷， 魏賽拉加， 蔣觀利

（1.青海省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，青海西寧810008； 2.青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局，青海西寧810008； 3.中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院凍土工程國家重點實驗室，甘肅蘭州730000）

0 引言

青藏公路東起青海省西寧市，西止于西藏自治區(qū)拉薩市，穿越約550 公里青藏高原連續(xù)多年凍土區(qū)，是世界上海拔最高、線路最長的柏油公路。青藏公路始建于1950 年，于1954 年通車，并于1974—1986 年間開始第一次全面提升改建，加鋪瀝青路面。由于對多年凍土缺乏足夠的了解，在青藏公路最初的設(shè)計和建設(shè)中并沒有將多年凍土與公路的相互作用充分納入考慮，因此在公路開通運營之后由于多年凍土變化而導致公路病害頻發(fā)。近年來，青藏高原的持續(xù)發(fā)展帶來更多的社會經(jīng)濟活動，同時對道路等基礎(chǔ)設(shè)施的安全穩(wěn)定標準提出了更高的要求，這就使得道路工程與多年凍土間的相互作用問題變得極為重要［1-3］。

目前，在氣候變化背景下，青藏高原多年凍土顯著退化，其地溫升高、活動層厚度增加［4-5］，引起廣泛關(guān)注［6-9］。與此同時，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，青藏高原多年凍土區(qū)各種人類活動越加頻繁，對于多年凍土區(qū)工程設(shè)施的穩(wěn)定運營要求更高，這就使得各種相應措施被應用在工程建設(shè)中，以減少對多年凍土的擾動，保障工程設(shè)施的穩(wěn)定。在多年凍土區(qū)修建道路時，通過考慮路基結(jié)構(gòu)和路面形式，可以有效減少道路和下伏多年凍土之間的相互作用，例如采用塊碎石路基［10-11］、通風管路基［12-13］、隔熱路基［14］和水泥混凝土路面［15-16］等。此外，在道路修建過程中，確保合理的選線和精心的施工，也可以有效減少工程病害，保證工程質(zhì)量［17-18］。在青藏高原有諸多關(guān)于工程活動對多年凍土產(chǎn)生影響的研究，這些研究側(cè)重于工程和多年凍土的穩(wěn)定性，探討二者間的相互作用［19-21］。研究結(jié)果表明，工程活動對多年凍土環(huán)境具有重大影響，導致其退化。然而，隨著地表條件的不同，工程活動對多年凍土環(huán)境的影響也各不相同，這主要是因為地表條件，尤其是植被條件，與多年凍土的熱狀態(tài)之間存在著密切的關(guān)系［22-27］。

不同的地表植被條件，通過影響下伏多年凍土與大氣間的水熱交換過程，進一步使得近地表范圍內(nèi)的能量平衡產(chǎn)生差異，這將顯著影響多年凍土熱狀態(tài)及活動層水熱過程特征［28-29］。不同的高寒生態(tài)系統(tǒng)下，多年凍土的地溫、活動層厚度和凍融指數(shù)都不相同［30］；地表植被蓋度越小，多年凍土的凍結(jié)和融化起始時間越早、相變量越大、凍結(jié)深度的積分越小，且負值等溫線和融化期間的正值等溫線的最大侵入深度明顯增加［31-33］。此外，在不同的地表植被條件下，近地表層的土壤含水率和融凍持續(xù)時長等也都不相同［34-35］。關(guān)注植被與多年凍土熱狀態(tài)相互作用的研究較多，且研究較為充分；但在不同的地表植被條件下，有關(guān)工程設(shè)施，尤其是道路工程設(shè)施對多年凍土的熱影響存在何種差異的問題，則相對研究得較少。

在多年凍土區(qū)，道路工程設(shè)施會顯著改變地表和大氣之間的熱交換，從而使多年凍土的熱狀態(tài)受到影響［36-38］。隨著多年凍土區(qū)社會經(jīng)濟活動的日益頻繁，青藏高原工程走廊內(nèi)各線性工程早已密布，且不斷有新的工程開工建設(shè)，因此對道路工程設(shè)施與多年凍土之間的相互關(guān)系開展研究，無論是對道路工程設(shè)施的穩(wěn)定運營，還是對保持多年凍土環(huán)境的相對穩(wěn)定，都是必要且具有現(xiàn)實意義的。在這一研究領(lǐng)域，加強對不同地表條件差異的認識，有助于加深對多年凍土環(huán)境的了解，進而可以更好地指導工程實踐，例如，對多年凍土區(qū)各工程之間的合理間距設(shè)定，以及即將建設(shè)的青藏高速公路雙向路基間的合理距離設(shè)計都可以提供幫助。目前，關(guān)于青藏高原不同地表條件下多年凍土的相關(guān)研究，主要關(guān)注氣候變化如何改變它們之間的相互作用［39-42］。關(guān)于道路工程對不同地表條件下多年凍土的熱影響的大多數(shù)研究都基于室內(nèi)模型或數(shù)值模擬［43-45］，通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)進行的研究相對較少［46］。盡管模型或模擬方法具有其自身優(yōu)勢，但考慮到現(xiàn)實情況的復雜性，我們決定通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)來開展研究。因此，在青藏高原腹地多年凍土區(qū)，我們沿青藏公路選擇了兩個不同地表條件的地點，布設(shè)監(jiān)測場地，以研究不同地表條件下多年凍土對青藏公路熱影響的響應差異。

1 場地概況

在青藏高原腹地，我們沿青藏公路選擇了兩個具有不同地表條件的地點：斜水河和北麓河，作為監(jiān)測場地。這兩個監(jiān)測場地的位置示意圖如圖1所示。兩個監(jiān)測場地地勢都比較平坦，幾乎沒有坡度；周邊都建有距離較近的氣象站，氣候條件接近。斜水河監(jiān)測場地的公路走向約為西南30°，北麓河監(jiān)測場地的公路走向約為西南60°。如圖1所示，青藏公路較南向的一側(cè)稱為左側(cè)（L），較北向的一側(cè)稱為右側(cè)（R）。

圖1 監(jiān)測場地位置Fig.1 Locations of monitoring sites

斜水河監(jiān)測場地和北麓河監(jiān)測場地均位于高寒干旱氣候區(qū)，海拔4 500～4 700 m，年平均氣溫為-5～-3 ℃，年平均降水量約300 mm。兩個監(jiān)測場地所在區(qū)域多年凍土的主要類型是多冰和富冰凍土，多年凍土厚度約為50～80 m［47-49］。根據(jù)目視調(diào)查，斜水河監(jiān)測場地的植被覆蓋率低于20%。在北麓河監(jiān)測場地，地表植被類型為高寒草甸，根據(jù)目視調(diào)查，其植被覆蓋率約為70%～90%（圖2），優(yōu)勢物種為矮嵩草和藏嵩草。通常情況下，北麓河監(jiān)測場地的植被高度小于15 cm。根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)，兩個監(jiān)測場地的地層和土壤含水量如圖3 所示，土壤干密度如表1所示。

表1 監(jiān)測場地土壤干密度Table 1 Soil bulk densities of monitoring sites

圖2 監(jiān)測場地地表特征Fig.2 Surface conditions of monitoring sites

圖3 監(jiān)測場地地層情況與土壤含水率Fig.3 Stratigraphy and soil water contents of monitoring sites

2 監(jiān)測場地布設(shè)和數(shù)據(jù)獲取

兩個監(jiān)測場地的傳感器布置方式相同。鉆孔以青藏公路為中心，在公路兩側(cè)對稱分布，每側(cè)有6個深度為15 m 的鉆孔，鉆孔位置及間距如圖4 所示。土壤測溫線纜布設(shè)于各鉆孔中，每條土壤測溫線纜長度為15 m，線纜編號如圖4所示；每條土壤測溫線纜上的土壤溫度探頭的編號及深度如表2 所示。斜水河監(jiān)測場地青藏公路的路基高度為3 m，北麓河監(jiān)測場地青藏公路的路基高度為2 m。

表2 土壤溫度探頭布設(shè)深度Table 2 Depths for soil temperatures sensors

在每個監(jiān)測場地，青藏公路左右兩側(cè)各有一個氣溫探頭和兩組土壤熱通量板。氣溫探頭編號為AL3 和AR3，架設(shè)高度距離地面2 m，分別位于L3和R3 土壤測溫線纜上方。每組土壤熱通量板由兩塊熱通量板組成，安裝在地表以下5 cm 和10 cm 深度。根據(jù)熱通量板的監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以通過計算獲得通過熱通量板的總熱量。各組熱通量板的編號為HL1、HL5、HR1和HR5，分別與L1、L5、R1和R5的土壤測溫線纜相鄰。為便于敘述，將土壤測溫線纜與左側(cè)公路坡腳之間的距離定義為正值，如2 m、7 m，… ，67 m，右側(cè)的相應距離定義為負值，如-2 m、-7 m，…，-67 m，如圖4所示?？紤]到左右坡腳處的距離都為0 m，為對其進行區(qū)分，將左側(cè)坡腳處的距離標記為L0 m，左側(cè)坡腳處的距離標記為R0 m。

圖4 監(jiān)測場地探頭布設(shè)示意圖Fig.4 Layout for sensors in monitoring sites

土壤溫度探頭由凍土工程國家重點實驗室設(shè)計開發(fā)，其精度為±0.05 °C。氣溫探頭為Campbell Scientific 公司（USA）的HMP45C-L11。熱通量板為Hukseflux 公司（Netherlands）的HFP01sc。監(jiān)測數(shù)據(jù)從2014 年9 月開始收集，并由數(shù)采儀（Campbell Scientific 公司，USA，CR3000）每30 分鐘自動采集一次。日平均值是當天所有數(shù)據(jù)值的算術(shù)平均值。

3 結(jié)果分析

3.1 氣溫和地溫變化

表3顯示了兩個監(jiān)測場地和五道梁國家氣象站2015—2021 年的年平均氣溫（監(jiān)測場地的氣溫值為左右兩側(cè)氣溫數(shù)據(jù)的平均值）。五道梁國家氣象站位于兩個監(jiān)測場地中間，是距離最近的國家氣象站。數(shù)據(jù)顯示，北麓河監(jiān)測場地的年平均氣溫接近五道梁國家氣象站的年平均氣溫，高于斜水河監(jiān)測場地的年平均氣溫。

表3 年平均氣溫Table 3 Mean annual air temperatures for monitoring sites and Wudaoliang National Weather Station

兩個監(jiān)測場地5 m 和15 m 深度處的月平均地溫數(shù)據(jù)表明，在2015 年至2021 年期間，兩個監(jiān)測場地左側(cè)距離公路最近的位置（L1）和最遠的位置（L6）處的地溫都在持續(xù)升高（圖5）。這種地溫升高的趨勢，使得北麓河監(jiān)測場地L1位置處和斜水河監(jiān)測場地L6 位置處的5 m 深度，分別在2019 年（北麓河L1 5 m）（圖5～6）和2016 年（斜水河L6 5 m）由持續(xù)凍結(jié)的多年凍土層轉(zhuǎn)變?yōu)橹芷谛匀趦龅幕顒訉?。圖6顯示了兩個監(jiān)測場地中左側(cè)距離公路最近的位置（L1）處的活動層厚度的變化情況。數(shù)據(jù)表明，北麓河監(jiān)測場地的活動層厚度小于斜水河監(jiān)測場地，且從2015 年到2021 年，這兩個監(jiān)測場地的多年凍土上限變得越來越深。

圖5 兩個監(jiān)測場地L1處2015—2021年5 m和15 m深度月平均地溫變化情況Fig.5 Mean monthly soil temperature variations at 5 m and 10 m in L1 for both sites from 2015 to 2021

圖6 兩個監(jiān)測場地L1處2015—2021年活動層厚度變化情況Fig.6 Active layer thickness variations in L1 for both sites from 2015 to 2021

3.2 公路的熱影響范圍

根據(jù)地溫監(jiān)測數(shù)據(jù)，兩個監(jiān)測場地的多年凍土活動層均大約在10 月中旬接近最大融化深度，且整個活動層基本處于融化狀態(tài)；在3 月中旬達到最大凍結(jié)狀態(tài)，整個活動層基本完全凍結(jié)?；谶@一趨勢，選擇2015 年和2021 年的10 月15 日和3 月15日來比較監(jiān)測場地的土壤熱狀態(tài)，以檢視公路的熱影響范圍。

圖7顯示了兩個監(jiān)測場地在2015 年和2021 年10月15日，多年凍土活動層融化深度接近最大融化深度時的地溫狀態(tài)，根據(jù)圖中土壤溫度等值線的分布，可以查看青藏公路的熱影響范圍。目前，在北麓河監(jiān)測場地，青藏公路熱影響的水平范圍在左右兩側(cè)都約為15 m；在斜水河監(jiān)測場地，青藏公路兩側(cè)的熱影響水平范圍約為37 m。在這兩個監(jiān)測場地，隨著時間的推移，青藏公路的水平熱影響范圍在逐漸擴大。圖8 顯示了2015 年和2021 年3 月15日兩個監(jiān)測場地地溫狀態(tài)，此時整個活動層基本完全凍結(jié)。從圖中可以看到，靠近路基的位置地溫最高，并朝遠離路基的方向，地溫向兩側(cè)依序降低?；趫D中土壤溫度的分布情況來看，在北麓河監(jiān)測場地，青藏公路熱影響的水平范圍在左右兩側(cè)約為15 m；在斜水河監(jiān)測場地，青藏公路的水平熱影響水平范圍在左右兩側(cè)約為37 m，與圖7 所反映的情況基本一致。

圖7 2015年和2021年10月15日兩個監(jiān)測場地地溫狀態(tài)Fig.7 Soil temperature on October 15th of 2015 and 2021 for both sites

圖8 2015年和2021年3月15日兩個監(jiān)測場地地溫狀態(tài)Fig.8 Soil temperature on March 15th of 2015 and 2021 for both sites

3.3 年平均地溫和活動層厚度比較

年平均地溫和活動層厚度是評價多年凍土狀態(tài)的重要參數(shù)。在圖9 和圖10 中，對兩個監(jiān)測場地的上述兩個參數(shù)進行了比較。圖9 顯示了2015年至2021 年兩個監(jiān)測場地公路兩側(cè)不同距離的年平均地溫情況（年平均地溫為15 m 深度處的地溫）。數(shù)據(jù)表明，在北麓河監(jiān)測場地中，距離公路越近，年平均地溫越高；同等位置左側(cè)（較南向側(cè)）的年平均地溫高于右側(cè)（較北向側(cè)）。在斜水河監(jiān)測場地，在公路左側(cè)（較南向側(cè)），距離公路越近，年平均地溫越高，且這種相關(guān)性較為顯著；但在右側(cè)（較北向側(cè)），距離和年平均地溫之間的相關(guān)性不如另一側(cè)顯著。數(shù)據(jù)同時表明，斜水河監(jiān)測場地的年平均地溫顯著高于北麓河監(jiān)測場地。此外，圖9 同時也反映兩個監(jiān)測場地不同距離處的年平均地溫都在持續(xù)升高。從2015 年至2021 年，北麓河監(jiān)測場地兩側(cè)各距離處的年平均地溫大約升高了0.10～0.14 ℃；斜水河監(jiān)測場地左側(cè)各距離處的年平均地溫大約升高了0.04～0.06 ℃，右側(cè)各距離處的年平均地溫大約升高了0.03～0.04 ℃。

圖9 2015—2021年多年凍土年平均地溫對比Fig.9 Comparison of mean annual ground temperatures from 2015 to 2021

在圖10 中，對比了2015 年至2021 年兩個監(jiān)測場地多年凍土活動層的年度最大厚度。數(shù)據(jù)表明，在北麓河監(jiān)測場地中，在兩側(cè)距離路基坡腳最近的兩個位置（分別為L0 m、R0 m 和±2 m），活動層的年度最大厚度相對較大，最大值為5.95 m（2021 年，L1）。對于距離更遠的其他位置，活動層厚度相對較小，最大值僅為3.01 m（2021 年，L6）。在斜水河監(jiān)測場地左側(cè)，距離路基坡腳最近的四個位置（分別為L0 m、2 m、7 m 和17 m），活動層厚度較大，最大厚度為8.32 m（2021 年，L1）。其余兩個位置（分別為37 m 和67 m）的活動層厚度相對較小，最大厚度為5.84 m（2021 年，L6）。相比之下，在斜水河監(jiān)測場地右側(cè)，只有兩個距離路基坡腳最近的位置（分別為R0 m 和-2 m），有較大的活動層厚度，最大值為6.63 m（2021 年，R1）。在其余的四個位置，活動層厚度都不超過6 m。當與青藏公路的距離相同時，斜水河監(jiān)測場地的多年凍土活動層厚度明顯大于北麓河監(jiān)測場地。圖10 同樣也反映了活動層持續(xù)增厚的趨勢。在北麓河監(jiān)測場地，從2015 年至2021 年，左側(cè)距離坡腳最近的L1 處，活動層厚度從4.00 m 增加到了5.95 m，為該場地在此期間的最大增幅。但在斜水河監(jiān)測場地，活動層厚度的最大增幅并不出現(xiàn)在最靠近路基的位置，而是出現(xiàn)在右側(cè)的R5 處；該處活動厚度從2015 年的3.05 m 增加至2021年的4.69 m。

圖10 2015—2021年各年活動層最大厚度對比Fig.10 Comparison of annual maximum active layer thicknesses from 2015 to 2021

圖11顯示了兩個監(jiān)測場地2015—2021 年多年凍土年平均地溫總增幅及活動層厚度年平均增幅情況。數(shù)據(jù)表明，從2015 年至2021 年，北麓河監(jiān)測場地年平均地溫總增幅顯著高于斜水河監(jiān)測場地，且在兩個監(jiān)測場地，年平均地溫的總增幅與距離青藏公路的遠近程度都不相關(guān)。但活動層厚度年平均增幅卻呈現(xiàn)不同的情況。在北麓河監(jiān)測場地，隨著與青藏公路距離的增加，活動層厚度的年平均增幅大致呈現(xiàn)遞減的情況。然而在斜水河監(jiān)測場地，活動層厚度的年平均增幅與距離青藏公路的遠近程度并沒有呈現(xiàn)出一個清晰的相關(guān)性關(guān)系。

圖11 2015—2021年多年凍土年平均地溫總增幅及活動層厚度年平均增幅對比Fig.11 Comparisons of the increase of the mean annual ground temperature and the active layer thicknesses from 2015 to 2021

3.4 年度總熱量比較

多年凍土的形成是大氣與地層之間熱交換的結(jié)果。在北麓河與斜水河監(jiān)測場地周邊各有一個氣象站。在北麓河監(jiān)測場地，氣象站位于其西面約600 m 處；在斜水河監(jiān)測場地，氣象站位于其北面2 km 處。兩處氣象站都安裝有輻射儀，可通過其測量的下行短波輻射近似估計周圍地區(qū)的太陽輻射量。圖12 顯示了這兩處氣象站的年度下行短波輻射總量值。數(shù)據(jù)表明，北麓河與斜水河監(jiān)測場地周邊的年度下行短波輻射總量接近，這表明兩個監(jiān)測場地周邊的太陽輻射量基本接近，其中北麓河監(jiān)測場地略低。

圖12 監(jiān)測場地各年下行短波輻射總量對比Fig.12 Comparison of annual total downward solar radiations

在兩個監(jiān)測場地，熱通量板每30分鐘采集一次熱通量數(shù)據(jù)。每平方米每30 分鐘的總熱量可通過公式（1）計算，其中q是熱通量測量值（W·m-2），Q是每平方米每30 分鐘的總熱量（J）。通過熱通量板的日總熱量和年度總熱量分別是時限內(nèi)所有熱量值的總和。

圖13顯示了這兩個監(jiān)測場地2015 年至2021 年各年通過所布設(shè)的熱通量板的年度總熱量數(shù)據(jù)。在北麓河監(jiān)測場地，10 cm 深度處的年度總熱量幾乎都低于5 cm 深度處的年度總熱量，僅有三處例外，但差值都很小。在斜水河監(jiān)測場地，總的來說2015 年至2021 年的年度總熱量在數(shù)值上小于北麓河監(jiān)測場地。在該監(jiān)測場地，靠近青藏公路的兩組熱通量板處（HL1 和HR1），10 cm 深度處的年度總熱量常常高于5 cm 深度處的年度總熱量；甚至有時當5 cm 深度處的熱傳遞方向是從地層到大氣時，10 cm深度處的熱傳遞仍然是從大氣到地層方向。

圖13 監(jiān)測場地通過各熱通量板的年度總熱量對比（當年度總熱量值為負時，代表通過熱通量板的總熱量方向為從土壤到大氣）Fig.13 Comparison of total heat passing through each heat flux board（the direction of the heat transfer is from the soil to the atmosphere when the value of the heat is negative）

4 討論

多年凍土的熱狀態(tài)必然是外部影響因素（如氣溫、降水、太陽輻射等）與其自身特性（如地表條件、土壤性質(zhì)、含水量等）相互作用的結(jié)果。雖然這兩處監(jiān)測場地的太陽輻射量相當，但這兩處場地的多年凍土狀態(tài)因其他因素差異而有所不同。斜水河監(jiān)測場地的氣溫低于北麓河監(jiān)測場地、青藏公路的路基也高于北麓河監(jiān)測場地。然而，即使有這兩個有利條件，斜水河監(jiān)測場地的多年凍土退化狀態(tài)卻比北麓河監(jiān)測場地更顯著，這可能是因為兩處監(jiān)測場地的自身特性存在差異。由于路基正下方?jīng)]有地溫探頭，但從監(jiān)測斷面地溫等值線的形狀推測，青藏公路對路基正下方的多年凍土的熱影響最大。在圖7 和圖8 中，我們可以看到地溫等值線方向的變化：靠近青藏公路的位置比遠離青藏公路的位置，其地溫等值線的傾斜程度要大得多；但青藏公路兩側(cè)地溫等值線的傾斜程度并不對稱，這應該是由路基的陰陽坡效應所造成的。在斜水河監(jiān)測場地，這種不對稱性要比北麓河監(jiān)測場地明顯，這無疑是因為兩處監(jiān)測場地不同的地表條件在發(fā)揮作用。

植被對土壤具有顯著的影響，其通過遮蔽和蒸散作用影響土壤熱狀態(tài)［50-51］。在植被生長季節(jié)，一半以上的進入地層的能量會通過蒸散作用以潛熱的形式消耗［52］，當水分充足的時候，這一比例可能超過80%［53］。在北麓河監(jiān)測場地，地表的植被覆蓋率和土壤含水量都高于斜水河監(jiān)測場地，這可能導致更大比例的進入地層的能量以蒸散發(fā)作用由地層向大氣傳遞。通過植被的蒸散和水分的蒸發(fā)過程，這種能量傳遞以潛熱的形式發(fā)生。熱通量板只能用于測量顯熱，但顯熱只是地氣之間能量傳遞的一部分。這可能解釋了即使北麓河監(jiān)測場地的年總熱量相對較高，但該監(jiān)測場地多年凍土的年平均地溫卻顯著低于斜水河監(jiān)測場地，且多年凍土活動層厚度也相對較小。不僅如此，地表條件的差異，除了植被覆蓋度情況不同之外，還有與之相關(guān)聯(lián)的其他不同之處。在青藏高原，相關(guān)研究表明，植被、淺層土壤特征和淺層土壤含水量密切相關(guān)［54-56］。在植被覆蓋度較高的北麓河監(jiān)測場地，其淺層土壤為亞黏土，且含水量較高；而在植被覆蓋度較低的斜水河監(jiān)測場地，其淺層土壤為砂礫石土，含水率相對較低（圖3）。在這種差異背景下，較高的植被覆蓋度、較細的淺層土壤顆粒和較高的淺層土壤含水量這些因素，將使得北麓河監(jiān)測場地植被郁蔽作用、地面土壤蒸發(fā)作用和植被蒸騰作用都要比斜水河監(jiān)測場地強烈，消耗更多的淺層土壤熱量，有效降低地面溫度，同時也減少向地層深部的熱量傳遞，進一步使多年凍土地溫得以保持在相對較低的狀態(tài)。

圖11中的數(shù)據(jù)表明，在兩個監(jiān)測場地，年平均地溫的總增幅與距離青藏公路的遠近程度都不相關(guān)，這或許是因為在較短時間尺度內(nèi)，如僅僅幾年內(nèi)，青藏公路對于年平均地溫（即15 m 深度處的地溫）的直接影響并不顯著，而年平均地溫的影響因素僅僅取決于土壤性質(zhì)等客觀原因，由此導致在相同的監(jiān)測場地內(nèi)，年平均地溫的總增幅都比較接近，但并不與距離青藏公路的遠近程度相關(guān)。但也需注意到，在較長的時間尺度上，青藏公路對于年平均地溫應該仍然是有影響的。如圖9 所示，靠近公路的位置，其年平均地溫要高于遠離公路的位置。這或許是因為青藏公路開通運營以來，對多年凍土年平均地溫數(shù)十年的影響結(jié)果。對于2015—2021 年間活動層厚度年平均增幅所呈現(xiàn)出來的情況（圖11），或許可以通過氣候變化和青藏公路共同的影響來進行解釋。在北麓河監(jiān)測場地，活動層厚度相對較小，除L1 位置的活動層厚度接近6 m 外，其他位置的活動層厚度都小于4 m（圖10）。因此，對于相對較小的活動層厚度來說，氣候變化和青藏公路都會對其產(chǎn)生影響，使得在北麓河監(jiān)測場地，活動層厚度的年平均增幅隨著與青藏公路距離的增加，而大致呈現(xiàn)遞減的情況。但在斜水河監(jiān)測場地，活動層厚度相對較厚，尤其是在L1、L2、L3 和L4，以及R1 和R2 位置，活動層厚度都超過6 m，某些位置甚至超過8 m。對于較大的活動層厚度而言，在較短時間尺度內(nèi)，即使其距離青藏公路較近，公路所能發(fā)揮的熱影響也相對有限，這或許是該場地活動層厚度的年均增幅與距離青藏公路的遠近并無明確相關(guān)性的原因。但氣候變化的影響依然對斜水河監(jiān)測場地的活動層厚度變化產(chǎn)生了影響，尤其是對活動層厚度相對較小的位置，其影響相對更大，因此也使得在該監(jiān)測場地，活動層厚度相對更小的位置，其活動層厚度年平均增幅更大。但同時也需注意，在較長的時間尺度上，青藏公路對于活動層厚度仍然是有影響的。如圖10所示，在更靠近公路的位置，其活動層厚度要比遠離公路的位置更大。這或許也是青藏公路數(shù)十年來對活動層厚度產(chǎn)生影響的結(jié)果。

此外，通常情況下在淺層土壤中，當熱量從大氣進入地層后，隨著土壤對熱量的吸收，熱量的傳遞過程一般存在自上而下遞減的趨勢。當出現(xiàn)圖11 中所示的相反的情況時，或許是由于熱通量板數(shù)據(jù)測定的不確定性導致，而這一不確定性來源于兩方面因素：一方面，斜水河監(jiān)測場地地面僅有極低的植被覆蓋度，幾乎是裸地，這就導致5 cm 深度處的熱通量板的測量數(shù)據(jù)極易受到外界因素的干擾，如風速等，可能會帶走淺層土壤的熱量，增加5 cm深度處的熱量散失；另一方面，由于青藏公路主要以大型貨運車輛為主的巨大車流量，對于緊鄰公路的HL1 和HR1 這兩處熱通量板安裝位置而言，車輛頻繁經(jīng)過所導致的氣流擾動，可能也會帶走淺層土壤的熱量，增大這兩處熱通量板、尤其是較淺的5 cm 深度處測量數(shù)據(jù)的不確定性。在上述兩方面因素共同作用之下，使得5 cm 深度處土壤的年度吸收總熱量與10 cm 深度處土壤的年度吸收總熱量差距縮小，并出現(xiàn)5 cm 深度處土壤的年度總熱量小于10 cm、甚至為負值的情況。而在北麓河監(jiān)測場地，盡管也存在同樣的風速和車流的擾動，但由于此處地表具有更高的植被覆蓋度，從而減少了上述因素的擾動程度，保持了相對穩(wěn)定的熱量傳遞過程。

5 結(jié)論

地表條件對多年凍土的穩(wěn)定性以及多年凍土地區(qū)道路基礎(chǔ)設(shè)施的安全運行至關(guān)重要。根據(jù)目前的研究結(jié)果，得出以下主要結(jié)論：

（1）青藏公路對其兩側(cè)的多年凍土有明顯的熱影響。距離公路越近，多年凍土退化越顯著。與植被覆蓋率更高的北麓河監(jiān)測場地相比，植被覆蓋率較差的斜水河監(jiān)測場地多年凍土年平均地溫較高，多年凍土活動層更厚。

（2）青藏公路對植被覆蓋度高的多年凍土的熱影響范圍相對較小。在植被覆蓋率較高的北麓河監(jiān)測場地，青藏公路熱影響的水平范圍在左右兩側(cè)都約為15 m。在斜水河監(jiān)測場地，地表植被覆蓋率較差，青藏公路兩側(cè)的熱影響水平范圍約為37 m。

（3）多年凍土的熱狀態(tài)受地表條件的顯著影響。隨著地表條件，如植被覆蓋度的不同，大氣和地層間的熱交換模式也存在差異。熱交換過程中，地表植被必然起到了非常重要的影響，且在地表植被背后的土壤性質(zhì)和土壤含水量等關(guān)聯(lián)因素也發(fā)揮著重要的作用。