淺談農業區最大凍土深度變化特征范文

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摘要：利用1961~2016年青海省東部農業區11個氣象觀測站點的凍土觀測資料，采用累積距平、滑動t檢驗等方法，分析了青海東部農業區季節性最大凍土深度的時空分布特征及變化規律。結果表明：東部農業區整體凍結開始時間呈逐年推遲趨勢，完全解凍時間呈逐年提前趨勢，平均凍結持續時間呈逐年縮短趨勢；最大凍土深度年際變化在90年代前后由減小趨勢轉變為增長趨勢，在1986年出現了突變；化隆站最大凍土深度多年平均值最高為72.15cm，尖扎站最低為28.32cm。

關鍵詞：最大凍土深度；東部農業區；時空分布；變化規律

引言

凍土是指含有水分的土壤因地表溫度下降到0℃或以下時呈現凍結的狀態[1]。一般可分為短時凍土、季節凍土和多年凍土三類。凍土的形成和發展與氣候因素息息相關，氣候變化會引起凍土的變化，同時凍土也會對氣候變化產生影響。陳博等[2]指出，在全球變化背景下，中國地區的凍土主要表現為最大凍土深度減小，凍結時間推遲，融化時間提前，凍結持續日縮短的趨勢。劉小寧等[3]指出，我國最大凍土深度20世紀80年代以來開始減小，90年代顯著減小。楊小利等[4]利用西北地區的凍土觀測資料，得出1980’s是西北地區凍結深度變淺的一個分界點。李林等[5]得出氣候變暖是造成青海季節凍土退化的主要原因。凍土的凍結與消融活動，對農業生產、公路和鐵路建設、建筑業等有著重要的影響[6-9]。青海地處青藏高原東北部，是我國凍土的主要分布區[7]。青海東部以農業為主，屬于季節性凍土區，研究該區域內凍土的分布和變化特征，對該地區的農業生產、道路建設以及環境發展等有著積極的意義。從已有研究成果來看，主要集中在青藏高原，針對青海東部農業區的較少，尤其是最大凍土深度的演變特征。因此，本文將利用東部地區11個站點的凍土觀測資料，分析其時空分布和變化規律，為今后東部地區與凍土有關的研究以及地方的農業生產和社會發展等提供參考依據。

1資料與方法

采用青海東部地區的湟源、大通、互助、西寧、貴德、湟中、樂都、民和、化隆、尖扎和同仁11個站的凍土觀測資料，時間長度為56年（1961~2016年）。東部地區的平安和循化兩站由于資料的時間序列不夠長，因此不選用。根據初步統計，所選的11個站點在夏季的三個月中均未出現凍土現象，尤其是西寧、貴德、民和和尖扎4站，在56年間5月份已全部消融；互助、西寧、貴德、湟中、樂都、民和和尖扎7站，在56年間9月份均未開始凍結。因此，本文在分析時將當年10月至次年4月作為凍土的凍結期。在進行凍土的凍結始日與凍結終日分析時，根據《地面氣象觀測規范》中對初終日選取的規定：設定當年9月1日后第一天凍土不為零作為凍結始日；設定次年8月31日前最后一天凍土不為零作為凍結終日。采用反距離權重法插值做空間分布圖，以分析最大凍土深度的空間分布特征。

2結果與分析

2.1凍結始日、凍結終日和凍結持續時間的分布特征

東部地區56年累積年平均凍結始日和凍結終日空間分布如圖1所示。從圖1中可以看出，凍結始日出現在10月下旬及11月上旬，凍結終日出現在3月下旬及4月。湟源站、化隆站最早開始凍結，時間為10月17日，民和站最晚，時間為11月6日；湟源站、化隆站最晚完全解凍，時間為4月21、22日，民和站最早，時間為3月21日。由此可知，最先開始凍結的最晚完全解凍，最晚開始凍結的最先完全解凍，化隆站的平均凍結持續時間最長，民和站最短。結合各站的海拔經緯度數據初步分析，凍結始日、終日受海拔高度的影響相對較大。部地區年平均凍結始日和凍結終日逐年變化趨勢如圖2所示。由圖2可知，凍結開始時間呈逐年推遲趨勢，完全解凍時間呈逐年提前趨勢，即平均凍結持續時間呈逐年縮短趨勢。結合表1凍結持續時間年代變化統計結果，全區1961~1969年凍結持續時間最長，平均為175d；2010~2016年最短，平均為149d，縮短了26d。并且1961~1969年、70年代、80年代、90年代、00年代、2010~2016年逐年代減小。在11個站點中，湟源站70年代平均凍結持續時間最長，為198d，民和站00年代最小，為115d。另外，從變化率來看，大通變化最大，湟中變化最小。

2.2最大凍土深度的年際變化特征

從最大凍土深度的年代際變化（如圖3）結果來看，60年代到70年代，西寧、貴德、樂都、民和、尖扎呈現減小趨勢，其余站點均呈現增加趨勢；70年代到80年代，11個站點均呈現減小趨勢，其中湟中站最明顯，減小了14.2cm；80年代到90年代，除湟源、大通和尖扎3站略有增長外，其余站繼續呈現減小趨勢；90年代到00年代，各站互有增減，其中西寧站增加趨勢明顯，增加了18.5cm；從00年代到2010年以后，同仁、樂都、湟源增加較為明顯。從整個年代變化上看，60年代、70年代、80年代、90年代呈現減小趨勢，90年代、00年代、2010~2016年階段呈現增長趨勢。在統計年代平均最大凍土深度時發現，最大值出現在70年代的化隆站，為77.4cm；最小值出現在90年代的樂都站，為23.0cm。為進一步探究最大凍土深度年際變化趨勢及突變情況，采用累積距平方法分析年平均最大凍土深度的變化趨勢；采用滑動t檢驗方法檢測年平均最大凍土深度序列是否發生了突變（如圖4）。這里n=56，兩子序列長度n1=n2=5，給定顯著水平α=0.01，按t分布自由度ν=n1+n2-2=8，t0.01=±3.355。由圖4（a）可以看出，56年間（1961~2016年），年平均最大凍土深度總體呈現減小趨勢，從各時間段來看，60年代初到80年代中期呈減小趨勢，80年代后期至2010年以后呈波段增長趨勢。從圖4（b）突變檢驗結果可知，自1965年以來，t統計量只有一處超過了0.01顯著性水平，且為正值，說明在近56年里出現過一次明顯的突變，也即在1986年經歷了一次從減小趨勢到增長趨勢的明顯轉變。

2.3最大凍土深度的年變化特征

東部農業區各站最大凍土深度的歷史極大值和多年平均值如表2所示。從歷史極大值來看，湟源站最高，為150cm；尖扎站最低，為85cm。從多年最大凍土深度平均值來看，化隆站最高，為72.15cm；尖扎站最低，為28.32cm。

3結論

通過分析青海省東部農業區季節性最大凍土深度的凍結特征、年際和年變化特征，得到以下結論：（1）東部農業區季節性最大凍土深度的凍結開始時間呈逐年推遲趨勢，完全解凍時間呈逐年提前趨勢，平均凍結持續時間呈逐年縮短趨勢；從56年平均值來看，化隆站的平均凍結持續時間最長，民和站最短。（2）從年際變化情況來看，東部農業區季節性最大凍土深度在90年代前整體呈減小趨勢，在90年代后整體呈增長趨勢，突變年在1986年。從年變化情況來看，在東部農業區11個站中，湟源站歷史極大值最高，尖扎站最低；多年平均值化隆站最高，尖扎最低。

參考文獻：

[1]周幼吾，郭東信，程國棟，等.中國凍土[M].北京:科學出版社，2000.

[2]陳博.中國凍土時空變化特征及其與東亞氣候的關系[D].中國科學院大氣物理研究所.2007.

[3]劉小寧，李慶祥.我國最大凍土深度變化及初步解釋[J].應用氣象學報.2003，14（3）：299-308.

[4]楊小利，王勁松.西北地區季節性最大凍土深度的分布和變化特征[J].土壤通報.2008，39（2）：238-243.

[5]李林，王振宇，汪青春，等.青海季節凍土退化的成因及其對氣候變化的響應[J].地理研究.2008，27（1）：162-170.

[6]陳博，李建平.近50年來中國季節性凍土與短時凍土的時空變化特征[J].大氣科學.2008，32（3）：432-443.

[7]王澄海，董文杰，韋志剛.青藏高原季節性凍土年際變化的異常特征[J].地理學報.2001，56（5）：523-531.

[8]李海花，劉大鋒，段淑芳，等.新疆阿勒泰地區1963~2012年最大凍土深度的時空分布及其對氣溫變化的響應[J].干旱地區農業研究.2014（5）：251-258.

[9]馮瑞萍，張學藝，舒志亮，等.寧夏季節性最大凍土深度的分布和變化特征[J].寧夏大學學報（自然版）.2012，33（3）：314-318.

作者：陳繼全 孫世學 馬有絢 邢子毅 任強 單位：青海省尖扎縣氣象局