本文摘要：摘要:為了解大通縣季節(jié)性凍土凍結(jié)深度的變化對(duì)氣候變化的響應(yīng)，利用大通縣氣象觀測(cè)站1994～2020年最大凍土深度、凍土期間平均氣溫(10月～次年4月)、平均最低氣溫、極端最低氣溫和平均地面溫度、平均最低地面溫度、極端最低地面溫度資料，采用線性傾向估計(jì)、相關(guān)系數(shù)等
摘要:為了解大通縣季節(jié)性凍土凍結(jié)深度的變化對(duì)氣候變化的響應(yīng)，利用大通縣氣象觀測(cè)站1994～2020年最大凍土深度、凍土期間平均氣溫(10月～次年4月)、平均最低氣溫、極端最低氣溫和平均地面溫度、平均最低地面溫度、極端最低地面溫度資料，采用線性傾向估計(jì)、相關(guān)系數(shù)等方法，分析了大通縣季節(jié)性凍土最大凍結(jié)深度的演變規(guī)律及其與氣溫、地溫等要素之間的關(guān)系。結(jié)果表明:大通縣最大凍土深度多年平均可達(dá)87cm，最大值出現(xiàn)在2007年為114cm，最小值出現(xiàn)在2010和2015年為68cm，兩者相差46cm;在整個(gè)氣候變暖的大背景下，27a來(lái)大通站最大凍土深度逐年減小的趨勢(shì)較為顯著(P=0.01)，線性趨勢(shì)為7.5cm/10a。并且存在明顯的階段性變化，呈現(xiàn)“減—增—減”的趨勢(shì)，最大凍土深度的變化與冬季平均氣溫和地溫變化呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，氣溫和地溫低則凍土層厚，否則凍土層薄。土壤凍結(jié)和解凍的早晚影響作物播種和牧草返青的推遲或提前，進(jìn)而影響當(dāng)年農(nóng)作物發(fā)育期和產(chǎn)量，因此，研究季節(jié)性凍土深度變化規(guī)律，對(duì)合理利用氣候資源，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，開(kāi)展農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)具有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞:凍土變化;影響因子;分析
凍土是指含有水分的土壤因溫度降到0℃或以下時(shí)而呈凍結(jié)的狀態(tài)，是反映土壤熱狀況的一項(xiàng)指標(biāo)[1]，在研究地表和大氣的熱量交換上有一定的意義。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在凍土變化方面做了相關(guān)研究。如高榮等和李林等研究揭示了青藏高原凍土總體上呈退化的事實(shí);張國(guó)勝等研究青海高原季節(jié)凍土退化的驅(qū)動(dòng)因素時(shí)，得出人類(lèi)活動(dòng)對(duì)季節(jié)凍土退化的貢獻(xiàn)率要遠(yuǎn)大于氣候變化的貢獻(xiàn)率，且氣候變暖是造成季節(jié)凍土退化的主導(dǎo)氣候因素;王紹令等研究得出氣候變暖已引起高原凍土面積的減少和下界的升高[2～6];王秋香等研究認(rèn)為新疆冬季凍土平均深度變薄，最大凍結(jié)深度減小[7]。
凍土深度變化與氣象各要素有著緊密聯(lián)系，土壤的凍結(jié)與封凍過(guò)程與氣溫、地溫等要素的高低變化有著密切的關(guān)系。因此，研究本地氣候變化特征及對(duì)深層地溫和凍土深度的影響，在明確季節(jié)凍土凍結(jié)深度變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，進(jìn)行影響因子分析也尤為重要，冬季溫度變化直接影響凍土深度變化，而土壤凍結(jié)和解凍的早晚影響作物播種和牧草返青的推遲或提前，進(jìn)而影響當(dāng)年農(nóng)作物發(fā)育期和產(chǎn)量，對(duì)合理利用氣候資源，針對(duì)性的指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)有一定的幫助。
1資料與方法
本文選取1994～2019年大通站最大凍土深度、氣溫、地溫?cái)?shù)據(jù)，利用描述分析和氣候統(tǒng)計(jì)方法，分析了要素的年際變化特征，用線性趨勢(shì)法計(jì)算了最大凍土深度的氣候變化趨勢(shì)和氣候傾向率。氣候傾向率的計(jì)算是以線性方程y'=b+ax進(jìn)行擬合，根據(jù)最小二乘法原理得到變化趨勢(shì)a，氣候傾向率為a×10。采用相關(guān)系數(shù)法進(jìn)行變化趨勢(shì)的顯著性檢驗(yàn)和各要素之間的相關(guān)性檢驗(yàn)[8]。
2分析與結(jié)果
2.1凍土最大凍結(jié)深度的年際變化
大通站最大凍土深度27a平均可達(dá)87cm，最大值出現(xiàn)在2007年為114cm，最小值出現(xiàn)在2010年和2015年為68cm，兩者相差46cm;在整個(gè)氣候變暖的大背景下，27a來(lái)大通站最大凍土深度以7.5cm/10a的趨勢(shì)顯著減小，增大趨勢(shì)通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)，而且存在明顯的階段性變化，呈現(xiàn)“減—增—減”的趨勢(shì)。
在1994～1999年的6年間，最大凍土深度以1.7cm/10a的趨勢(shì)減小，凍土層變薄，從2000年開(kāi)始以18.2cm/10a趨勢(shì)逐年增大，到2007年達(dá)到最大值114cm，2007年以后該值以7.5cm/10a的趨勢(shì)顯著減小，通過(guò)0.01的顯著性檢驗(yàn)�？梢钥闯�，1994年以來(lái)，總體上最大凍土深度在逐漸減小，凍土層明顯變薄。這與中國(guó)最大凍土深度的總體變化趨勢(shì)是一致的。
2.2凍土最大凍結(jié)深度對(duì)氣溫的相關(guān)分析
凍土深度變化與氣溫的變化是密切相關(guān)的。凍土期間的溫度對(duì)季節(jié)凍土都有重要的影響，氣溫的升降和持續(xù)時(shí)間直接影響著凍土的深度、凍結(jié)和融化。大通縣近27a凍土期間(10月～翌年4月)平均氣溫、平均最低氣溫和極端最低氣溫的氣候變化趨勢(shì)均呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)，氣候傾向率分別為0.36℃/10a、0.75℃/10a和1.02℃/10a。
27a來(lái)大通站最大凍土深度以7.5cm/10a的趨勢(shì)顯著減小。最大凍土凍結(jié)深度與凍土期間的平均氣溫、平均最低氣溫、極端最低氣溫均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，其中與極端最低氣溫相關(guān)性最好，相關(guān)系數(shù)為-0.534，達(dá)到了0.001的顯著性水平。也就是說(shuō)，冬季氣溫越低，最大凍土深度越大，否則最大凍土深度越小。
2.3凍土最大凍結(jié)深度對(duì)地溫的響應(yīng)
地溫與氣溫是相互作用的，太陽(yáng)輻射一部分被大氣吸收，但很大一部分被地面吸收增熱，地面熱量再通過(guò)對(duì)流、輻射、傳導(dǎo)等方式傳給大氣，使大氣增熱，氣溫發(fā)生變化。近27a冬季(10月～翌年4月)平均地面溫度、平均最低地溫及極端最低地溫均有明顯的升高趨勢(shì)。
氣候傾向率分別為0.53℃/10a、1.78℃/10a和2.43℃/10a，顯著性均超過(guò)0.001的信度檢驗(yàn)。最大凍土深度和平均地面溫度、平均最低地面溫度和極端最低地面溫度也存在著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.3677、-0.5182和-0.4111，均達(dá)到0.01信度的顯著性檢驗(yàn)，即地溫越低，凍土深度越大，反之地溫越高，則凍土深度越淺。
由此可見(jiàn)，從冬季氣溫、地溫與最大凍土深度看，10月以后，最低氣溫降至零度以下，土壤開(kāi)始出現(xiàn)凍結(jié)，隨著太陽(yáng)輻射總量的減少，氣溫逐月降低，土壤凍結(jié)厚度加深，到1月氣溫達(dá)到最低，但凍土深度仍在加深，到1月下旬至2月初凍土深度達(dá)到最大值。而3月中下旬最低氣溫已達(dá)到零度以上，土壤開(kāi)始慢慢解凍，但完全解凍仍需一段時(shí)間，直至3月末至4月初凍土完全解凍消失。凍土最大凍結(jié)深度與氣溫、地溫均呈現(xiàn)很好的負(fù)相關(guān)，也就是說(shuō)，氣溫、地溫越低，最大凍土深度就越大，否則最大凍土深度越小，并且均達(dá)到0.01信度的顯著性檢驗(yàn)。
3討論與結(jié)論
(1)大通站最大凍土深度27a平均可達(dá)87cm，最大值出現(xiàn)在2007年為114cm，最小值出現(xiàn)在2010年和2015年為68cm，兩者相差46cm。(2)在整個(gè)氣候變暖的大背景下，27a來(lái)大通站最大凍土深度以7.5cm/10a的趨勢(shì)顯著減小，而且存在明顯的階段性變化，呈現(xiàn)“減—增—減”的趨勢(shì)。
(3)凍土深度變化與氣溫和地溫的變化是密切相關(guān)的。凍土期間的溫度對(duì)季節(jié)凍土都有重要的影響，最大凍土深度的變化與冬季平均最低地溫和平均最低氣溫的變化呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，氣溫和地溫低，則凍土層厚，否則凍土層則薄，最大凍土深度出現(xiàn)的最早在12月中旬，最晚在1月底，與氣溫和地溫最低極值出現(xiàn)時(shí)間一致。(4)冬季溫度變化直接影響凍土深度變化，而土壤凍結(jié)和解凍的早晚影響作物播種和牧草返青的推遲或提前，進(jìn)而影響當(dāng)年農(nóng)作物發(fā)育期和產(chǎn)量，對(duì)合理利用氣候資源，針對(duì)性的指導(dǎo)春季農(nóng)作物的適時(shí)播種和合理安排春耕生產(chǎn)活動(dòng)，以及農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)有一定的幫助。
參考文獻(xiàn)：
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作者：張翠花，柴世秀
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