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浅谈农业区最大冻土深度变化特征

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摘要:利用1961~2016年青海省东部农业区11个气象观测站点的冻土观测资料,采用累积距平、滑动t检验等方法,分析了青海东部农业区季节性最大冻土深度的时空分布特征及变化规律。结果表明:东部农业区整体冻结开始时间呈逐年推迟趋势,完全解冻时间呈逐年提前趋势,平均冻结持续时间呈逐年缩短趋势;最大冻土深度年际变化在90年代前后由减小趋势转变为增长趋势,在1986年出现了突变;化隆站最大冻土深度多年平均值最高为72.15cm,尖扎站最低为28.32cm。

关键词:最大冻土深度;东部农业区;时空分布;变化规律

引言

冻土是指含有水分的土壤因地表温度下降到0℃或以下时呈现冻结的状态[1]。一般可分为短时冻土、季节冻土和多年冻土三类。冻土的形成和发展与气候因素息息相关,气候变化会引起冻土的变化,同时冻土也会对气候变化产生影响。陈博等[2]指出,在全球变化背景下,中国地区的冻土主要表现为最大冻土深度减小,冻结时间推迟,融化时间提前,冻结持续日缩短的趋势。刘小宁等[3]指出,我国最大冻土深度20世纪80年代以来开始减小,90年代显著减小。杨小利等[4]利用西北地区的冻土观测资料,得出1980’s是西北地区冻结深度变浅的一个分界点。李林等[5]得出气候变暖是造成青海季节冻土退化的主要原因。冻土的冻结与消融活动,对农业生产、公路和铁路建设、建筑业等有着重要的影响[6-9]。青海地处青藏高原东北部,是我国冻土的主要分布区[7]。青海东部以农业为主,属于季节性冻土区,研究该区域内冻土的分布和变化特征,对该地区的农业生产、道路建设以及环境发展等有着积极的意义。从已有研究成果来看,主要集中在青藏高原,针对青海东部农业区的较少,尤其是最大冻土深度的演变特征。因此,本文将利用东部地区11个站点的冻土观测资料,分析其时空分布和变化规律,为今后东部地区与冻土有关的研究以及地方的农业生产和社会发展等提供参考依据。

1资料与方法

采用青海东部地区的湟源、大通、互助、西宁、贵德、湟中、乐都、民和、化隆、尖扎和同仁11个站的冻土观测资料,时间长度为56年(1961~2016年)。东部地区的平安和循化两站由于资料的时间序列不够长,因此不选用。根据初步统计,所选的11个站点在夏季的三个月中均未出现冻土现象,尤其是西宁、贵德、民和和尖扎4站,在56年间5月份已全部消融;互助、西宁、贵德、湟中、乐都、民和和尖扎7站,在56年间9月份均未开始冻结。因此,本文在分析时将当年10月至次年4月作为冻土的冻结期。在进行冻土的冻结始日与冻结终日分析时,根据《地面气象观测规范》中对初终日选取的规定:设定当年9月1日后第一天冻土不为零作为冻结始日;设定次年8月31日前最后一天冻土不为零作为冻结终日。采用反距离权重法插值做空间分布图,以分析最大冻土深度的空间分布特征。

2结果与分析

2.1冻结始日、冻结终日和冻结持续时间的分布特征

东部地区56年累积年平均冻结始日和冻结终日空间分布如图1所示。从图1中可以看出,冻结始日出现在10月下旬及11月上旬,冻结终日出现在3月下旬及4月。湟源站、化隆站最早开始冻结,时间为10月17日,民和站最晚,时间为11月6日;湟源站、化隆站最晚完全解冻,时间为4月21、22日,民和站最早,时间为3月21日。由此可知,最先开始冻结的最晚完全解冻,最晚开始冻结的最先完全解冻,化隆站的平均冻结持续时间最长,民和站最短。结合各站的海拔经纬度数据初步分析,冻结始日、终日受海拔高度的影响相对较大。部地区年平均冻结始日和冻结终日逐年变化趋势如图2所示。由图2可知,冻结开始时间呈逐年推迟趋势,完全解冻时间呈逐年提前趋势,即平均冻结持续时间呈逐年缩短趋势。结合表1冻结持续时间年代变化统计结果,全区1961~1969年冻结持续时间最长,平均为175d;2010~2016年最短,平均为149d,缩短了26d。并且1961~1969年、70年代、80年代、90年代、00年代、2010~2016年逐年代减小。在11个站点中,湟源站70年代平均冻结持续时间最长,为198d,民和站00年代最小,为115d。另外,从变化率来看,大通变化最大,湟中变化最小。

2.2最大冻土深度的年际变化特征

从最大冻土深度的年代际变化(如图3)结果来看,60年代到70年代,西宁、贵德、乐都、民和、尖扎呈现减小趋势,其余站点均呈现增加趋势;70年代到80年代,11个站点均呈现减小趋势,其中湟中站最明显,减小了14.2cm;80年代到90年代,除湟源、大通和尖扎3站略有增长外,其余站继续呈现减小趋势;90年代到00年代,各站互有增减,其中西宁站增加趋势明显,增加了18.5cm;从00年代到2010年以后,同仁、乐都、湟源增加较为明显。从整个年代变化上看,60年代、70年代、80年代、90年代呈现减小趋势,90年代、00年代、2010~2016年阶段呈现增长趋势。在统计年代平均最大冻土深度时发现,最大值出现在70年代的化隆站,为77.4cm;最小值出现在90年代的乐都站,为23.0cm。为进一步探究最大冻土深度年际变化趋势及突变情况,采用累积距平方法分析年平均最大冻土深度的变化趋势;采用滑动t检验方法检测年平均最大冻土深度序列是否发生了突变(如图4)。这里n=56,两子序列长度n1=n2=5,给定显著水平α=0.01,按t分布自由度ν=n1+n2-2=8,t0.01=±3.355。由图4(a)可以看出,56年间(1961~2016年),年平均最大冻土深度总体呈现减小趋势,从各时间段来看,60年代初到80年代中期呈减小趋势,80年代后期至2010年以后呈波段增长趋势。从图4(b)突变检验结果可知,自1965年以来,t统计量只有一处超过了0.01显著性水平,且为正值,说明在近56年里出现过一次明显的突变,也即在1986年经历了一次从减小趋势到增长趋势的明显转变。

2.3最大冻土深度的年变化特征

东部农业区各站最大冻土深度的历史极大值和多年平均值如表2所示。从历史极大值来看,湟源站最高,为150cm;尖扎站最低,为85cm。从多年最大冻土深度平均值来看,化隆站最高,为72.15cm;尖扎站最低,为28.32cm。

3结论

通过分析青海省东部农业区季节性最大冻土深度的冻结特征、年际和年变化特征,得到以下结论:(1)东部农业区季节性最大冻土深度的冻结开始时间呈逐年推迟趋势,完全解冻时间呈逐年提前趋势,平均冻结持续时间呈逐年缩短趋势;从56年平均值来看,化隆站的平均冻结持续时间最长,民和站最短。(2)从年际变化情况来看,东部农业区季节性最大冻土深度在90年代前整体呈减小趋势,在90年代后整体呈增长趋势,突变年在1986年。从年变化情况来看,在东部农业区11个站中,湟源站历史极大值最高,尖扎站最低;多年平均值化隆站最高,尖扎最低。

参考文献:

[1]周幼吾,郭东信,程国栋,等.中国冻土[M].北京:科学出版社,2000.

[2]陈博.中国冻土时空变化特征及其与东亚气候的关系[D].中国科学院大气物理研究所.2007.

[3]刘小宁,李庆祥.我国最大冻土深度变化及初步解释[J].应用气象学报.2003,14(3):299-308.

[4]杨小利,王劲松.西北地区季节性最大冻土深度的分布和变化特征[J].土壤通报.2008,39(2):238-243.

[5]李林,王振宇,汪青春,等.青海季节冻土退化的成因及其对气候变化的响应[J].地理研究.2008,27(1):162-170.

[6]陈博,李建平.近50年来中国季节性冻土与短时冻土的时空变化特征[J].大气科学.2008,32(3):432-443.

[7]王澄海,董文杰,韦志刚.青藏高原季节性冻土年际变化的异常特征[J].地理学报.2001,56(5):523-531.

[8]李海花,刘大锋,段淑芳,等.新疆阿勒泰地区1963~2012年最大冻土深度的时空分布及其对气温变化的响应[J].干旱地区农业研究.2014(5):251-258.

[9]冯瑞萍,张学艺,舒志亮,等.宁夏季节性最大冻土深度的分布和变化特征[J].宁夏大学学报(自然版).2012,33(3):314-318.

作者:陈继全 孙世学 马有绚 邢子毅 任强 单位:青海省尖扎县气象局

浅谈农业区最大冻土深度变化特征责任编辑:张雨    阅读:人次
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