凍土

凡處于零度及以下溫度，并含有冰的各種土(巖)，統稱為凍土。

01

分類

凍土按其時間的長短，可分為季節凍土和多年凍土兩類。

季節凍土指冬季凍結、夏季全部融化的土層；

多年凍土指凍結持續多年，甚至可達數萬年的土層。多年凍土在地球上主要分布在俄羅斯和加拿大。我國多年凍土面積主要分布在東北、北部山區、西北高山及青藏高原地區。

多年凍土可分為上下兩層，上層為夏融冬凍的活動層，下層為多年凍結層。

02

特征

凍土層的溫度是隨著氣溫而變化的。地溫變化的幅度以地表為最大，隨著深度加大而減小，至某一深度，其值等于零。這個深度稱為地溫年變化深度。

03

分布規律

①凍土在地球上的分布具有明顯的緯度地帶性和垂直地帶性。

多年凍土區與非多年凍土區之間的界線，在水平方向上稱為多年凍土南界(北半球)，在垂直方向上稱為多年凍土下界。隨著多年凍土動態變化，南界和下界亦不斷發生變化，并且在各種非地帶性因素影響下，分界線也往往不是一條直線。

②自極地向低緯度方向，多年凍土分布厚度不斷減小。年平均地溫相應升高。

③中低緯度高山高原地區的凍土分布，主要受海拔高程的控制。一般來說，海拔愈高，厚度愈大，地溫愈低。

全球凍土分布圖

我國多年凍土分布在東北北部地區、西北高山區及青藏高原地區。

凍土是指零攝氏度以下，并含有冰的各種巖石和土壤。一般可分為短時凍土（數小時/數日以至半月）/季節凍土（半月至數月）以及多年凍土（又稱永久凍土，指的是持續二年或二年以上的凍結不融的土層）。

凍土具有流變性，其長期強度遠低于瞬時強度特征。正由于這些特征，在凍土區修筑工程構筑物就必須面臨兩大危險：凍脹和融沉。隨著氣候變暖，凍土在不斷退化。

04

形成條件

1

氣候

凍土分布區的環境條件存在差異。冰沼土分布區屬苔原氣候，大部分地面被雪原和冰川所覆蓋，年平均溫在0℃以下，一般都在-17℃至-10℃，冬季氣溫可低至-40℃，甚至-55℃，夏季溫度也很低，7月份平均溫度不超過10℃，全年結冰日長達240天以上。高山凍漠土年均溫也很低，一般為-12℃至-4℃。凍土區降水很少，歐洲部分為200-300毫米，亞洲和北美洲北部在100毫米以下，西藏凍漠土區因地勢高、遠離海洋，降水更稀少，一般為60-80毫米，其北部更少，為20-50毫米，其中90%集中在5-9月。降水雖然少，但氣溫低，蒸發量小，長期冰凍，土壤濕度很大，經常處于水分飽和狀態，夏季土壤——母質融化，砂土可達1-1.5米，土壤70-100厘米，泥炭土35-40厘米，以下即為永凍層，高山凍漠土在寬谷、湖盆永凍層深度80厘米，山坡上可達150厘米。

2

植被

由于凍土區氣候嚴寒，植被是以苔蘚、地衣為主組成的苔原植被，草本植物和灌木很少，常見的植物有：石楠屬、北極藍漿果、金鳳花等開花植物，南緣有云杉、落葉松、樺、白楊、柳、山梣等，生長緩慢，矮小且畸形，各種植物的年生長量均不大，苔原地帶每年有機質的增長量為400公斤/公頃，是世界各自然地帶中最少的。高山凍漠土區植被為多年生和中旱生的草本植物、墊狀植物和地衣，常見的有風毛菊屬、葶藶屬、桂竹香屬、虎耳草屬、點地梅屬、銀蓮花屬、金蓮花屬、紅景天屬等，一簇簇地生長在石隙之前，或在冰雪融水灌潤的地方局部呈小片分布。五顏六色的粗糙蝶衣、地圖黃綠衣、巖表黃綠衣等則著生于石塊上面。

3

地形、母質

凍土發育的地區，因剛脫離冰川覆蓋不久，冰川地形保持得相當完整。凍漠土分布區的地形主要是陡峭的山坡、角峰、刃脊、第四紀和近代冰川所形成的冰斗和冰磧垅堤，寬谷，湖盆的湖積平原等。成土母質的差異較大，加拿大、西伯利亞地盾區是前寒武系基巖。其他地區有古生代各種灰巖、石英砂巖、板巖、中生代的灰巖、紅色鈣質砂泥巖及近代石礫和沖積物，殘積物，冰磧物，冰水沉積物等。

多年凍土：另一個潘多拉魔盒?

什么是多年凍土?

所謂多年凍土（permafrost），是指持續多年凍結的土石層。一個典型的多年凍土見圖1: 地表有一些覆蓋物（土壤或一些植被），這一層一般會季節性的消融和冰凍，溫度變化較為劇烈，所以叫活動層（圖1，2）。在其之下是多年冰封的巖石或土壤（圖1白灰色部分），即多年凍土，他們的溫度較為穩定，維持在0攝氏度以下。所以一般人站在地上是看不到多年凍土層的。有多年凍土的區域大概占北半球陸地的24%，其不止是在極地區域，也分布在高山等海拔較高的區域（比如我國青藏高原地區）。
（左側）一個典型的極地區域的多年凍土層（自挪威），圖自JeffVanuga/Getty。（右側）冬季和夏季時凍土層和活動層的垂向溫度。

凍土是指在0℃以下并含有冰的各種巖土和土壤。溫度在0℃以下不含冰的巖土和土壤稱作寒土或冷土。按土的凍結狀態保持時刻的長短，凍土一般可分為短時凍土、季節凍土及多年凍土三種類型。我國的自然地理環境決定多年凍土形成與存在。多年凍土分為高緯度多年凍土和高海拔多年凍土兩種。多年凍土的形成是由緯度和海拔高度所決定的。凍土層的厚度從高緯到低緯逐漸減薄，以至完全消失。例如，北極的多年凍土厚達百米到千米（圖2）。永凍層的頂面接近地面。逐漸向南，多年凍土厚度減到100m以下，永凍層的頂面埋藏變深。大致北緯48°附近是多年凍土的南界，凍土厚度僅1～2m。超過這一界限，就從連續凍土帶過渡到不連續凍土帶（圖2）。后者由許多分散的凍土塊體組成，這種分散的凍土塊體稱為島狀凍土塊（圖2）。

多年凍土層從高緯度（左）向低緯度（右）的變化示意圖

全球變化下的多年凍土多年凍土近年來受到非常多的關注和警惕，首先是因為地表溫度在北極和北半球高緯度陸地地區上升非常劇烈，這個現象一般被稱作“北極放大”現象。從全球地表溫度長期趨勢圖中（圖3）可以非常明顯的看到，全球氣溫上升最快的區域在北極地區和北半球陸地。平均而言北極氣溫變化趨勢是全球平均趨勢的2倍！為什么會發生“北極放大”現象依然是一個前沿的研究話題。但陸地變暖速率比海洋上變暖劇烈很好理解：陸地比熱容比海洋小，在同樣的太陽能量照射下，陸地升溫更為劇烈。

1970-2018年全球地表溫度上升幅度

全球地表溫度上升最快的區域正是多年凍土主要分布的區域！受全球變暖驅動，凍土層也在不斷變暖！圖4為過去十年北極地區連續性凍土層、高山凍土層的溫度變化。可以看到僅僅10年時間，北極凍土層溫度上升了約0.4攝氏度；高山凍土層溫度上升了約0.2攝氏度。相比而言，全球平均地表溫度過去10年只上升了約0.15攝氏度。

過去十年北極地區連續性凍土層（上）以及高山凍土層（下）的溫度變化。圖自Biskabornet al. 2019。

多年凍土以及冰蓋冰川等相當于地球的“冰箱”：就像家里的冰箱溫度低所以食物等有機物質的儲存時間較長，所以大量生物包括動物遺體、植物、微生物等被“冰封”到多年凍土里面。兩極冰蓋封存的東西反而少，因為很少有生物可以在極地生存，南北極地區域大部分區域都是無人、無生物區?？梢韵胂螅绻麅鐾寥诨渲蟹獯娴臇|西將被釋放出來！那么，這將打開一個“百寶箱”，還是一個“潘多拉的魔盒”呢？？很不幸，大概率是后者：1、釋放溫室氣體，加劇全球變暖。很多多年凍土中富含有機物（長久以來上層動植物死亡后被埋在地底），冰凍可以減緩永凍層內的有機物分解（參照冰箱里的蔬菜和肉壞的慢）。2、破壞土地穩定性，破壞上層建筑和設施。在接近極地和中低緯度高山區域，很多設施比如公路、房屋等都建設在多年凍土之上。據估計，全球大約350萬人生活在多年凍土或鄰近區域。一旦多年凍土開始部分消融，上層土地開始變得非常不穩定，滑坡等地質災害必然會加快，破壞建造在其上的設施。

多年凍土融化破壞其上的道路（加拿大）（圖自Yellowknife.RyersonClark/iStock）。

釋放出封存在其內的各種污染物、微生物。一最近發表在GRL的一個研究表明：北半球的多年凍土儲存了超過150萬加侖的汞：這個量是大氣、海洋、其余土壤中全部汞含量的兩倍（Schusteret al. 2018）！多年凍土的消融將導致這些汞的釋放，威脅全球生物和人類，而過去幾十年已經觀測到了全球多年凍土在釋放汞。

凍土主要影響因素

多年凍土的厚度雖然受緯度和高度的控制，但在同一緯度和同一高度處的凍土厚度還有差別，這和其他自然地理條件有關。

01

氣候的影響

大陸性半干旱氣候較有利于凍土的形成，而溫暖濕潤的海洋性氣候不利于凍土的發育?！驹跉W亞大陸內部的半干旱氣候區的凍土南界（北緯47°）比受海洋性氣候影響較大的北美凍土南界（北緯52°）要更南一些。另外，在緯度和高度相同的條件下，大陸性半干旱氣候區的凍土厚度比海洋性氣候區的要大?！?/p>

0 2

巖性的影響

砂土導熱率較高，易透水，不利于凍土的形成。黏土導熱率較低，不易透水，有利于凍土的形成。泥炭的導熱率最低，最有利于凍土的發育。

0 3

坡向、坡度的影響

坡向和坡度直接影響地表接受太陽輻射的熱量。陽坡日照時間長，受熱多于陰坡，因而在同一高度、不同坡向凍土的深度、分布高度和地溫狀況都不同，凍土的厚度也不同?！靖鶕^測，昆侖山西大灘不同坡向的山坡，在同一高度和同一深度的陰坡地溫比陽坡地溫要低2~3℃，陰坡凍土的厚度也要大一些，凍土分布下界高度較陽坡低100m。坡向對凍土發育的影響還隨坡度減小而減弱，如大興安嶺當坡度為20~30°時，南北坡同一高度處的地溫相差2~3℃，隨著坡度減小，不同坡向的同一高度地溫差減小，凍土厚度的差別也要小一些】

0 4

植被、雪蓋的影響

冬季，植被和雪蓋阻礙土壤熱量散失。夏季，植被和雪蓋減少地面受熱。因此，在有雪蓋和植被的地區，地面年溫差減小?！纠绱笈d安嶺落葉松、樺樹林區和青藏高原的高山草甸地區，能使地表年溫差比附近裸露地面降低4~5℃，永凍層頂面深度變淺，永凍層厚度相對增大，活動層厚度相對減小】

主要凍土地貌

多年凍土區的地貌形成與凍融作用直接相關。

凍融作用：是指凍土層中的水在氣溫周期性的正負變化影響下，不斷發生相變和遷移，使土層反復凍結融化，導致土體或巖體的破壞、擾動和移動的過程。由凍融作用形成的各種地貌，稱凍土地貌。

凍融風化是指土層或巖層裂縫中的水,在冬季或夜晚溫度下降發生凍結時把巖石漲裂,并因凍結膨脹產生壓力而把裂縫附近的巖石壓碎成塊石和更細的物質,它是凍土區一種最普遍的凍融作用形式。

凍融擾動是指在多年凍土活動層內發生的,因受凍漲擠壓而引起的一種土層結構的塑性變形現象。

凍融泥流是指凍土層上部解凍時，融化的水使松散土層達到飽和狀態，這種飽含水的土層因具有可塑性，在中立作用下發生沿斜坡蠕動的現象。

凍拔現象（可以拔石頭、樹木、樁基）：如凍拔樹：在緯度高的寒冷地區，當土壤含水量過高時，由于土壤結凍膨脹而升起，連帶植物抬起。至春季解凍時，土壤下沉而植物留在原位造成植物根部裸露死亡。

石海、石河和石冰川

0 1

石海：在寒凍風化作用下，巖石遭受寒凍崩解，形成巨石角礫，就地堆積在平坦的地面上。

形成條件：

①氣溫經常0℃上下波動，日溫差較大，并有一定濕度，使巖石沿節理反復寒凍崩解。

②地形較平坦，地面坡度小于10°，可使寒凍崩解的巖塊不易順坡移動而保存在原地。

③堅硬而富有節理的塊狀巖石，如花崗巖、玄武巖和石英巖等，在寒凍作用下常崩解成大塊巖塊，得以保留在原地。

石海形成后，組成石海的大石塊很少移動。同時，石海中又缺少細粒物質而水分較少，凍融分選難以進行，這樣石海能長期保存下來。石海常在同一走向、同一巖性和一定高度的山坡上部發育，有一條平整的界限，稱石海線。【例如昆侖山的石海線是4900m。石海線比同期雪線高度要低200~300m或400~500m。石海線可大致確定古雪線的高度，石海線是一條重要的氣候地貌界線】

石河：在山坡上寒凍風化產生的大量碎屑滾落到溝谷里，堆積厚度逐漸加大，在凍融和重力作用下發生整體運動形成。

石河運動是石塊沿著濕潤的碎屑下墊面或永凍層的頂面在重力作用下移動，這里溫度變化起著重要作用，它會引起碎屑空隙中水分的反復凍結和融解，導致碎屑的膨脹和收縮，促使石河向下運動。

石河運動速度較低，但中央部分流速比兩側流速要快。濕潤氣候區的石河流速比干燥氣候區的要快，石河中的巖塊經長期運動，可以搬運到山麓停積下來，形成石流扇。

石河停止運動是氣候轉暖的標志之一?！井斒硬辉僖苿訒r，角礫表面開始生長地衣苔蘚，有時在石河上生長樹木或堆積新沉積物。這些石河一般多分布在現在多年凍土的南界（北半球高緯地帶）或高山凍土的下界附近】

石冰川：當冰川退縮后，聚集在冰斗和冰川槽谷中的冰破物，在凍融作用下順谷地下移形成。

石冰川分布在高山森林線以上，由尖角巖屑組成，平面形狀很像冰川舌。石冰川的縱剖面常呈上凸的弧形，橫剖面中部突起。它的長度一般可達300~400m，寬100m左右?！景⒗辜幼畲蟮氖ㄩL達3km，末端堤高60m?！?/p>

多邊形構造土

0 2

在第四紀松散沉積物的平坦地面上，由凍融和凍脹作用，地面形成多邊形裂隙，構成網狀，稱為多邊形構造土。從地表平面看，裂隙組成多邊形，從剖面上看，裂隙呈楔形。根據楔子內填充物的不同，又分為冰楔和砂楔。

冰楔：在多年凍土區，地表水周期性注入到裂隙中再凍結，使裂隙不斷擴大并為冰體填充，剖面成為楔狀，稱為冰楔。

冰楔的形成先是地表形成裂隙，地表水注入再凍結而成脈冰，由于脈冰常深入到永凍層中，到溫暖季節，上部活動層的脈冰融化消失，永凍層中的脈冰則仍然存在。到了寒冷季節凍土又發生體積不均衡膨脹，原有的裂隙不斷擴大。到來年夏季又在裂隙中注入水分，冬季再凍結脹裂，如此反復作用，就形成冰楔。

冰楔形成示意圖

冰楔形成的條件：

①有深入到永凍層中的裂隙，并為脈冰所填充。

②冰楔的圍巖是可塑性的，水在裂隙中才能凍結、膨脹，圍巖不斷受擠壓變形，冰楔不斷展寬。

③需要嚴寒的氣候條件，年平均溫度一般為-6~-3℃。

砂楔（古冰楔）

砂楔與冰楔形態相似，但裂隙中填充的不是脈冰，而是松散的砂土，叫砂楔。

砂楔可從冰楔演變而來，當冰楔內的脈冰完全融化后，砂土代替冰體填充于楔內，形成砂楔，所以又把砂楔看成古冰楔。

石環、石圈和石帶

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石環：是由細粒土和碎石為中心，周圍由較大礫石為圓邊的一種環狀凍土地貌?！舅鼈冊跇O地、亞極地以及高山地區常有發育】

石環的直徑一般為0.5~2.0m，在極地地區可達十余米。

石環示意圖

石環是凍土中顆粒大小混雜的松散砂礫層，由于飽含水分，經頻繁的凍融交替，產生物質分異形成的。

活動層中的大小混雜的砂礫，冬季，先從地面凍結，砂礫層孔隙中的水凍結膨脹，地面和砂礫層中的礫石一起被抬高，礫石的下部尚未凍結而出現空隙，砂土填入或水滲入形成冰透鏡體。夏季，活動層上部解凍，由于礫石和砂土的導熱率不同，砂土中的冰先融化，地面逐漸回降到原來位置，但礫石下部仍為凍結狀態，這時一些大顆粒碎石或礫石卻比周圍含水砂土位置相對升高。等礫石下部冰開始融化時，礫石周圍的砂土向礫石下部移動，填墊在礫石下部，當活動層全部融化后，礫石卻相對抬升了一段距離，在這種凍融過程反復作用下，大的石塊或礫石就逐漸被頂托到地面。

石圈：斜坡上發育的石環，在重力作用下常成橢圓形，它的前端由大石塊構成石堤，這種石環又叫石圈。

石帶：在較陡的山坡上，石圈前端常分開，經凍融分選的最大巖塊，集中在縱長延伸的裂隙中，形成石帶。

冰核丘

0 4

凍土層中常夾有未凍結層，未凍結層中的水分在地下慢慢凝結成冰體，使地面膨脹隆起，形成冰核丘。

冰核丘的平面呈圓形或橢圓形，頂部扁平，周邊較陡，可達40~50°。冰核丘的頂部表面因地表隆起變形，產生許多方向不一的張裂隙而下陷。

冰核丘規模大小不等。一年生的冰核丘的規模較小，高只有數十厘米至數米；多年生的冰核丘規模較大，高可達十余米至數十米，直徑從30m到70m不等。

冰核丘有時能產生爆炸。在夏季氣溫上升很快，上部凍結層迅速融化，凍結土層急劇變薄，這時如冰核丘內含有氣體，承壓力很高的地下水就可能發生噴水爆炸。

土溜階坎

0 5

土溜階坎：是多年凍土區坡地上的一種地貌現象。當融冰時地表過濕的松散沉積物沿坡向下流動，前端常成一陡坎，叫土溜階坎。

土溜階坎高約1m左右，寬4~5m，有的規模還要大一些。成因是多年凍土上部的活動層周期性融化，融化的水受下部永凍層的阻擋不能下滲，結果活動層的松散物質被水浸潤，內摩擦減小，在重力作用下就緩緩沿坡向下滑動，如遇阻或坡度變緩，流動的速度減慢，前端就壅塞成一個坡坎。

熱融塌陷洼地

0 6

熱融塌陷洼地：是因溫度升高，地下冰融化引起地面塌陷所形成的各種洼地。

這種塌陷過程類似喀斯特塌陷過程，而塌陷原因和溫度有關，故又稱熱力喀斯特。

多年凍土上部的溫度升高可能是氣候周期性的轉暖形成的，也可能是人為因素造成的?！救缈撤ド帧㈤_墾荒地和人工截流蓄水等都可以使地面溫度增高】

熱融塌陷洼地發育在斜坡上形成各種滑塌洼地，在平坦地面上形成漏斗狀沉陷洼地，洼地內常積水成湖，稱熱融塌陷湖。

多年凍土發育的高原或平原地區，大大小小的熱融塌陷湖星羅棋布。熱融塌陷湖形成以后，湖水對湖底土層的傳熱作用，使底部土層增溫，活動層的深度加大，地下冰融化速度加快，湖泊進一步沉陷，直到湖底地下冰全部融化后，湖泊才停止下沉和擴大。

【試題鏈接】

（材料）近年來，位于高緯的西伯利亞地區氣候發生了明顯變化，土地覆被也隨之變化，平地上的耕地明顯減少，洼地上的草地大量轉化為濕地，越年積雪（積雪期超過一年）面積減少。據此完成下面小題。

1. 導致西伯利亞地區土地覆被變化的首要原因是（ ）

A. 氣溫升高

B. 氣溫降低

C. 降水增多

D. 降水減少

2. 濕地面積增加主要是因為當地（ ）

A. 洪水暴漲

B. 退耕還濕

C. 地面沉降

D. 凍土融化

3. 西伯利亞地區平地上減少的耕地主要轉化為（ ）

A. 林地 B. 濕地

C. 草地 D. 寒漠

【答案】1. A 2. D 3. C

【解析】

本組題以高緯的西伯利亞地區氣候的明顯變化，土地覆被也隨之變化為背景，考查影響區域植被變化的因素，氣候變暖的影響。

1. 讀材料可知，越年積雪（積雪期超過一年）面積減少，說明積雪融化增多，故首要原因是氣溫升高，A正確，B錯誤；降水增多會使越年積雪面積增大，C錯誤；材料中“洼地上的草地大量轉化為濕地”說明洼地上有淺水出露地表，洼地積水增多，降水減少不合題意，D錯誤。故選A。

2. 由上題分析可知，氣溫升高會導致凍土融化，地表積水增多，濕地面積增加，D正確；材料中“洼地上的草地大量轉化為濕地”說明濕地增加的主要原因不是洪水暴漲、退耕還濕和地面沉降引起，ABC錯誤。故選D。

3. 由（1）（2）題分析可知，氣候變暖使凍土融化，地表水分增多，但平地上較洼地地勢高，積水較少，不會有大量的淺水出露地表，減少的耕地主要不會轉化為濕地，地表水分增加，適合草類植被生長，故主要轉化為草地，B錯誤，C正確；題干中“高緯的西伯利亞地區”熱量不足，難以形成林地植被，A錯誤；氣候上升使凍土融化，地表水分增多，會使植被覆蓋增多，不會轉化為寒漠，D錯誤。故選C。

（材料） 閱讀圖文材料，完成下列要求。

多年凍土分為上下兩層，上層為夏季融化，冬季凍結的活動層，下層為多年凍結層。我國的多年凍土分布主要分布于東北高緯度地區和青藏高原海拔地區。東北高緯地區多年凍土南界的年平均氣溫在-1°~1°，青藏高原多年凍土下界的年平均氣溫約為-3.5°~2°C。由我國自行設計、建設的青藏鐵路格（爾木）拉（薩）段成功穿越了約550千米的連續多年凍土區，是全球目前穿越高原、高寒及多年凍土地區的最長鐵路。多年凍土的活動層反復凍融及冬季不完全凍結，會危及示意青藏鐵路格拉段及沿線年平均氣溫的分布，其中西大灘至安多為連續多年凍土分布區。圖b為青藏鐵路路基兩側的熱棒照片及其散熱工作原理示意圖。熱棒地上部分為冷凝段，地下部分為蒸發段，當冷凝段溫度低于蒸發段溫度時，蒸發段液態物質汽化上升，在冷凝段冷卻成液態，回到蒸發段，循環反復。

（1）分析青藏高原形成多年凍土的年平均氣溫比東北高緯度地區低的原因。

（2）圖a所示甲地比五道梁路基更不穩定，請說明原因。

（3）根據熱棒的工作原理，判斷熱棒散熱的工作季節（冬季或夏季）簡述判斷依據，分析熱棒傾斜設置（圖b）的原因。

【答案】

（1）青藏高原緯度低，海拔高，太陽輻射強；（東北高緯地區年平均氣溫低于—1℃～1℃，可以形成多年凍土。）青藏高原氣溫年較差小，當年平均氣溫同為—1℃～1℃時，冬季氣溫高，凍結厚度薄，夏季全部融化，不能形成多年凍土。

（2）甲地年平均氣溫更接近0℃，受氣溫變化的影響，活動層更頻繁地凍融，（凍結時體積膨脹，融化時體積收縮，）危害路基；甲地年平均氣溫高于五道梁，夏季活動層厚度較大，冬季有時不能完全凍結，影響路基穩定性。

（3）冬季。依據：冬季氣溫低于地溫，熱棒蒸發段吸收凍土熱量，（將液態物質汽化上升，與較冷的地上部分管壁接觸，凝結，釋放出潛熱，）將凍土層中的熱量傳送至地上（大氣）。熱棒傾斜設置的原因：使熱棒能深入鐵軌正下方，保護鐵軌下的路基（多年凍土）。

【解析】

（1）海拔高是導致青藏高原地區氣溫低的主要原因。和東北地區相比，青藏高原地區緯度較低，冬季獲太陽輻射量多，冬季氣溫高，凍結厚度薄。夏季地表溫度高，凍土層融化。青藏高原緯度低、海拔高，太陽輻射強；（東北高緯度地區年平均氣溫低于-1℃—1℃，可形成多年凍土。）青藏高原氣溫年較差小，當年平均氣溫同為-1℃—1℃時，冬季氣溫高，凍結厚度薄，夏季全部融化，不能形成多年凍土。

（2）觀察圖中甲地與五道梁地區的溫度和緯度差異。甲地年均溫高于五道梁地區，甲地凍土層厚度變化大，永久凍土厚度較小，地基土頻繁的凍融不穩。甲地年平均氣溫更接近0℃，受氣溫變化的影響，活動層更容易頻繁的凍融（凍結時體積膨脹，融化時體積收縮），危害路基；甲地年平均氣溫高于五道梁，夏季活動層厚度較大，冬季有時不能完全凍結，影響中期穩定性。

（3）熱棒散熱的工作季節為冬季。冬季高原面上氣溫低，冷凝段溫度低于路基溫度，蒸發段將液態物質汽化上升，氣態物質在此段冷凝轉化成液態流回蒸發段。冬季氣溫低于低溫，熱棒蒸發段吸收凍土熱量（將液態物質汽化上升，與較冷的地上部分管壁接觸，凝結釋放出潛熱），將凍土層中的熱量傳送至地上（大氣）。傾斜設置可增加熱棒與地層的接觸面積，使熱棒能深入鐵軌正下方，對地層溫度的調節作用更強。使熱棒能深入鐵軌正下方，保護鐵軌下的路基（多年凍土）。