Question

阅读材料，完成下列各题。

青藏高原气候高寒，气温一般低于地温，是我国主要的冻土分布区，冻土土层可分为活动层和多年冻土层两部分。其中，活动层靠近地表，随着外界气温变化或冻或融；多年冻土则常年处于冰冻状态。青藏铁路格（尔木）拉（萨）段成功穿越了约550千米的连续多年冻土区，是全球目前穿越高原、高寒及多年冻土地区的最长铁路。活动层反复冻融及冬季不完全冻结，使冻土的体积发生膨胀和收缩，会危及铁路路基，为此青藏铁路的建设者们创造性地提出了低架旱桥、热棒技术、抛石路基等措施。其中抛石路基即用碎块石填筑路基，利用其通风透气性，隔阻热空气下移，同时吸入冷量，起到保护冻土的作用。下面左图是青藏铁路分布图，右上图是抛石路基结构示意图，右下图为片石护坡景观图。

（1）运用大气受热过程，分析青藏高原地区气温低于地温的原因。

（2）冻土活动层冬夏季的反复冻融，会对列车运行的安全产生怎样的不利影响，请简述其过程。

（3）根据抛石路基的设计原理，判断其散热效果最显著的季节，并分析其原因。

（4）专家建议，部分东西走向的路段的路基两侧增加片石护坡，且南侧厚度要大于北侧，试分析其可能原因。

Answer

（1）青藏高原海拔高，空气稀薄，晴天较多，白天被削弱的太阳辐射较少，到达地面的较多，地面吸收后增温；但因空气稀薄，云量较少，对地面的长波辐射吸收较少；加之高原地区多大风天气，大部分热量散失掉，气温较低 （2）冬季的时候，冻土在冻结状态下，体积会发生膨胀，建在上面的路基和钢轨就会被顶起；到了夏季，冻土消融，体积收缩，路基和钢轨随之降下去；反复出现就会造成路基严重变形，铁轨出现严重弯曲、高低不平，影响列车行车安全 （3）冬季气温较低，冻土易冻结，抛石路基利用其通风透气性，起到类似于通风管储冷的作用，加快路基的散热，减小因路基升温对冻土冻结产生的影响 （4）南侧为阳坡，增温较北侧快，增加片石护坡厚度可减缓外部温度的变化对冻土的影响，从而达到与北侧相近的温度，保持路基两侧降温的一致性

【解析】试题分析：

（1）考查大气的受热过程。根据大气受热过程，青藏高原地势高，空气稀薄，削弱作用小，太阳辐射强，地面吸收的热量多，增温大；空气稀薄，大气吸收的少，高原地区多大风天气，大部分热量散失掉，气温较低。

（2）多年冻土分为上下两层，上层为夏季融化，冬季冻结的活动层，下层为多年冻结层。冬季气温较低，上层冻土易冻结，热胀冷缩，冻土在冻结状态下，体积会发生膨胀，建在上面的路基和钢轨就会被顶起；到了夏季，冻土消融，体积收缩，路基和钢轨随之降下去;反复出现就会造成路基严重变形，铁轨出现严重弯曲、高低不平，影响列车行车安全。

（3）根据地温与冻土的关系推断，多年冻土分为上下两层，上层为夏季融化，冬季冻结的活动层，下层为多年冻结层。多年冻土的活动层（即上层）反复冻融及冬季不完全冻结，会危及铁路路基。片石通风路基是一种控制热量传输过程的工程措施。观察片石通风路基横断面获知，片石层由较大的砾石组成，砾石之间有较大的孔隙，孔隙充满空气。根据大气受热原理分析，夏季，外界气温高于路基内部温度，形成温度梯度，外界热空气不易进入片石通风路基内部，阻止了路基与外界的热交换，减少了路基的热量积累，使路基在夏季也能够保持较低的温度，从而使冻土层保持较低的温度；冬季，外界气温低于路基温度，路基外比重较大的冷空气下沉，进入片石通风路基的孔隙中，置换比重较小的热空气，形成热对流，从而促进片石通风路基的热散失，使冻土保持较低温度。故而片石通风路基散热效果最显著的季节是冬季。

（4）东西向的地基，南侧为阳坡，增温较北侧快，增加片石护坡厚度可减缓外部温度的变化对冻土的影响，从而达到与北侧相近的温度，保持路基两侧降温的一致性。