尤建新，王興環(huán)，寇 宇，邱英強，高安芳

1.吉林省圖們市氣象局，吉林圖們 133100；2.延邊州氣象臺（延邊州海洋氣象臺），吉林延吉 133000

凍土是指含有水分的土壤因溫度下降到0℃或℃以下而呈凍結的狀態(tài)[1]。根據(jù)埋入土中的凍土器內水結冰的部位和長度，測定凍結層次及其上限和下限深度。凍土深度以厘米（cm）為單位，取整數(shù)，小數(shù)四舍五入。我國多屬于季節(jié)性凍土類型，即冬季凍結，夏季消融，多年凍土類型少[2]。凍土的凍結與消融活動，對農業(yè)生產、公路和鐵路建設、建筑業(yè)等有著重要的影響[3-6]。其凍土層深度由自然地理條件和土壤物理特性等因素決定。凍土對氣候變化敏感，溫度變化是凍土的重要影響因素。近幾十年來，凍結期推遲、融化期提前、凍結時間縮短的現(xiàn)象頻發(fā)[3]。凍土要素有無變化，如氣候變化對其有何影響，是值得深入研究的課題。

1 資料與方法

研究所用資料來源于圖們國家氣象觀測站1976—2020年最大凍土深度，冬季11月至翌年3月平均氣溫、最大積雪深度、最低平均氣溫、日照時數(shù)、風速等氣象資料，主要采用線性趨勢和氣候傾向率、相關分析和回歸分析等方法[7]。

2 結果與分析

2.1 最大凍土深度的年際變化特征

1976—2020年間冬季凍土最大深度總體上是波動性減小的，近45年來，平均凍土深度122.76 cm，其減小速率為0.904 cm/10年，最大凍土深度181 cm（出現(xiàn)在1976年），最小凍土深度92 cm（出現(xiàn)在2001年）。但是從2008年后最大凍土深度基本上都高于平均凍土深度（除2016年119 cm和2019年114 cm，2020年122 cm外）。最大凍土深度的年代變化分析表明，自20世紀80年代以來最大凍土深度開始減小，20世紀90年代凍土深度減小幅度更為顯著（表1）。凍土深度較小反映了我國北方大部地區(qū)冬季氣候變暖的事實，尤其與20世紀90年代是最暖10年的結論相一致，這進一步說明了凍土要素對氣候變化響應的敏感性。土壤凍結是土壤中所含水分凍結的一種特有物理現(xiàn)象，這一特有物理特性，使其具有對氣候變化敏感性[8]。已有研究指出，決定土壤凍結深度的因子有氣溫、地溫、地面覆蓋物、土壤含水量以及土壤與積雪的熱力特性等。研究主要從氣溫、積雪、日照、風速對凍土深度的影響因素進行分析[9]。

表1 平均凍土深度、最大凍土深度的年代際變化

表1分析了圖們市近45年平均凍土深度與最大凍土深度的年代際變化，以10年段的年代際變化進行分析，圖們市近45年平均凍土深度值和最大凍土深度值均呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢。20世紀90年代凍土最低。

圖1分析了近45年凍土初終日數(shù)與最大凍土深度的變化，結果顯示：年最大凍土深度越大，凍土初終日數(shù)也越大，變化趨勢幾乎相同。年凍土初終日數(shù)呈現(xiàn)出減小的趨勢，其減小速率為3.626 d/10年。凍結持續(xù)時間最長為1976年的196 d，最小為2013年的141 d。

圖1 1976—2020年圖們市凍土初終日數(shù)及其最大凍土深度的關系

2.2 凍土深度變化的氣象因子

2.2.1 冬季11月至翌年3月平均氣溫與最大凍土深度的關系圖們國家氣象觀測站1976—2020年冬季11月至翌年3月平均氣溫整體呈現(xiàn)上升趨勢，線性趨勢方程為y= 0.0265x-6.8839，上升傾斜率為0.265℃/10年。最大凍土深度隨著冬季11月至翌年3月平均氣溫的升高而減小，兩者之間相關系數(shù)為-0.600，通過了α=0.01的顯著性檢驗，呈負相關。溫度的升高在一定程度上對最大凍土深度的減小產生了影響。

2.2.2 年日照時數(shù)與最大凍土深度的關系圖們國家氣象觀測站1976—2020年的年日照時數(shù)整體呈現(xiàn)上升趨勢，線性趨勢方程為y= 5.1x+ 2137.9，上升傾斜率為51 h/10年。最大凍土深度隨著年日照時數(shù)的增多而減小，兩者之間相關系數(shù)為-0.445，通過了α=0.01的顯著性檢驗，呈負相關。

2.2.3 年最大積雪深度與最大凍土深度的關系積雪覆蓋一定程度上能夠對地面起到保溫的作用，圖們國家氣象觀測站1976—2020年最大積雪深度整體呈現(xiàn)上升趨勢，線性趨勢方程為y= 0.0235x+ 15.572，上升傾斜率為0.235 cm/10年。最大凍土深度隨著年最大積雪深度的升高而減小，兩者之間相關系數(shù)為-0.331，通過了α=0.05的顯著性檢驗，成負相關。

2.2.4 年平均最低溫度與最大凍土深度的關系圖們國家氣象觀測站1976—2020年年平均最低氣溫整體呈現(xiàn)上升趨勢，線性趨勢方程為y= 0.0247x+0.5782，上升傾斜率為0.247℃/10年。最大凍土深度隨著年平均氣溫的升高而減小，兩者之間相關系數(shù)為-0.344，通過了α=0.05的顯著性檢驗，呈負相關。

圖2 1976—2020年圖們市11月至翌3月平均溫度及其最大凍土深度的關系

圖3 1976—2020年圖們市年日照時數(shù)及其最大凍土深度的關系

圖4 1976-2020年圖們市年最大積雪深度及其最大凍土深度的關系

圖5 1976-2020年圖們市年平均最低氣溫及其最大凍土深度的關系

2.2.5 年平均風速與最大凍土深度的關系圖們國家氣象觀測站1976—2020年年平均風速整體呈現(xiàn)下降趨勢，線性趨勢方程為y= -0.0127x+ 2.7613，下降傾斜率為0.127（m/s）/10年。最大凍土深度隨著年平均風速的增加為增加，兩者之間相關系數(shù)為0.405，通過了α=0.01的顯著性檢驗，呈正相關。

圖6 1976-2020年圖們市年平均風速及其最大凍土深度的關系

3 結論

（1）1976—2020年間圖們市冬季凍土最大深度總體上是波動性減小的，近45年平均凍土深度122.76 cm，其減小速率為0.904 cm/10年。年最大凍土深度越大，凍土初終日數(shù)也越大，變化趨勢幾乎相同。年凍土初終日數(shù)呈現(xiàn)出減小的趨勢，其減小速率為3.626 d/10年。

（2）最大凍土深度的年代變化分析表明，自20世紀80年代以來最大凍土深度開始減小，20世紀90年代凍土深度減小幅度更為顯著。凍土深度較小，反映了我國北方大部地區(qū)冬季氣候變暖的事實，尤其與20世紀90年代是最暖的10年結論相一致，這進一步說明了凍土要素對氣候變化響應的敏感性。

（3）通過分析可見最大凍土深度與冬季11月至翌年3月平均氣溫相關性最好，其次是日照時數(shù)，再次是年平均風速和年平均最低溫度，最后是最大積雪深度。最大凍土深度與冬季11月至翌年3月平均氣溫呈現(xiàn)負相關，相關系數(shù)通過了信度為0.01的顯著性檢驗。最大凍土深度與年日照時數(shù)呈現(xiàn)負相關，相關系數(shù)通過了信度為0.01的顯著性檢驗。最大凍土深度與年平均風速呈現(xiàn)正相關，相關系數(shù)通過了信度為0.01的顯著性檢驗。最大凍土深度與年平均最低溫度呈現(xiàn)負相關，相關系數(shù)通過了信度為0.05的顯著性檢驗。最大凍土深度與年最大積雪深度呈現(xiàn)負相關，相關系數(shù)通過了信度為0.05的顯著性檢驗。