王晨 劉銀香 解統(tǒng)剛 張玉潔

摘要 利用青海省囊謙國家基準氣象站1960—2017年凍土、氣溫、地表溫度資料，運用氣候傾向率、Mann-Kendall非參數(shù)趨勢檢驗等統(tǒng)計方法分析了囊謙季節(jié)性凍土的變化特征。結果表明：囊謙最大凍土深度近58年來以-2.69 cm/10年的傾向率減少，1991年出現(xiàn)了1次由大變小的突變，1992年后以極顯著的趨勢在減小，消融日21世紀初比20世紀提前了1個月。年代際變化特征為，20世紀60～70年代最大凍結深度處于相對減小期，70年代初至90年代初以極顯著趨勢在增大，90年至21世紀初以極顯著趨勢在減少。

關鍵詞 季節(jié)性凍土；變化特征；氣候傾向率

中圖分類號：P642 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）07–0171-03

凍土是指含有水分的土壤因溫度下降至0 ℃或0 ℃以下而呈凍結的狀態(tài)[1-2]。季節(jié)性凍土一般出現(xiàn)在冬季，隨著全球氣溫變暖，中國凍土表現(xiàn)為最大凍土深度減小、初凍日期推遲、消融日期提前、凍結持續(xù)期縮短、凍土下界上升的總體變化趨勢[3]。土壤凍結深度與道路橋梁設計、鐵路路基設計等關系密切，土壤凍結和解凍對農事活動、建筑行業(yè)等有著深刻的影響[4]。

近年來，我國學者在研究青藏高原凍土特征方面已做了大量的工作，取得了許多研究成果。李韌等[5]利用1961—1998年青藏高原季節(jié)凍土資料，發(fā)現(xiàn)20世紀60～80年代中期土壤季節(jié)最大凍結深度處于相對增大期，80年代中期至90年代末土壤季節(jié)最大凍結深度在減小。研究囊謙地區(qū)凍土的變化特征，對了解青藏高原與四川盆地過渡帶之間凍土的分布變化具有一定的意義。

囊謙縣地處青藏高原東部，地理位置95°21′58″E97°07′0″E，31°32′20″N32°43′46″N，海拔3 500～5 000 m，南接橫斷山脈，北臨高原主體，山原地貌，大陸性季風氣候，日照時間長，輻射強烈，日溫差大，降雨量多而集中。在目前全球氣候變暖的大背景下，對囊謙的季節(jié)性凍土變化特征進行分析，為青藏高原凍土研究和本地區(qū)各行業(yè)生產勞動提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源

資料采用青海省信息中心提供的囊謙國家基準氣象站1960—2017年凍土觀測資料、月平均氣溫、月平均地表溫度。并對資料進行了跨年度調整（凍土以上一年凍土出現(xiàn)時間至當年凍土消融時間為1個凍土年，氣溫、地表溫度以上一年7月至下一年6月為1個凍土影響年。

1.2 分析方法

1.2.1 線性趨勢分析和相關性檢驗 利用一元線性回歸方程（i=1，2，…，n）以年份為自變量，氣象因子為因變量，定量分析各氣象因子隨時間的變化趨勢。b為各氣象因子的氣候傾向值，可采用最小二乘法求解：

式（1）中，x為1960—2017年時間序列中某一氣象因子的要素值，y為所選年份系列的自變量n為樣本總量，因為樣本跨年整理，n取值58-1=57。

為驗證氣象因子變量在不同時刻間的線性相關是否顯著，采用t檢驗對相關系數(shù)r進行相關性檢驗：

式（2）中，r為相關系數(shù)，n為樣本量，n=58-1。在給定顯著性水平的情況下，若t﹥ta，則認為相關系數(shù)顯著。

1.2.2 Mann-Kendall檢驗 利用Mann

-Kendall非參數(shù)趨勢檢驗法，結合滑動t檢驗、距平趨勢分析等方法檢測是否出現(xiàn)突變年份，Mann-Kendall非參數(shù)趨勢檢驗，時間序列為1960—2017年，樣本量n為58-1=57，

sk=ri? ， k=2，3，4，…，n，

式（5）中，UF為標準正太分布，給定顯著性水平a，查正態(tài)分布表，若｜UF＞U｜，則表明序列存在明顯的趨勢變化。

2 凍土變化趨勢分析

2.1 總體變化

從囊謙近58年來最大凍土隨時間的變化曲線（圖1）和囊謙歷年最大凍土值及出現(xiàn)月份（表1）可見，1960年以來，囊謙季節(jié)性凍土深度以-2.69 cm/10年的速度呈減小趨勢，平均凍土深度為33 cm，年最大凍土深度的最大值為85 cm，出現(xiàn)在1968年2月，年最大凍土深度的最小值為48 cm，出現(xiàn)在2004年1月。1997年以前多數(shù)年份凍土深度在平均線以上，只有6個年份在平均線以下，1998—2017年最大凍土深度都在平均線以下，只有1999 年在平均線以上。

2.2 最大凍土深度的階段變化特征

從囊謙最大凍土年代際變化趨勢和囊謙歷年最大凍土值（表1）的年際平均可見，1960—1992年凍土深度以1.72 cm/10年的傾向率在上升，20世紀60～70年代初處于相對減少期，70年代初至90年代初處于相對增大期，整個80年代平均凍土深度為73 cm。1992年后以-6.43 cm/10年的速度減少，2000年以后減少趨勢更為明顯，2010—2017年平均深度為57 cm，比20世紀80年代減少了15 cm，比20世紀90年代減少了10 cm。這與李韌等[5]認為青藏高原周邊地區(qū)季節(jié)凍結深度減薄，最顯著的地區(qū)在高原腹地和高原東北區(qū)，近30年減薄約20 cm的結論一致。

2.3 凍土消融日和初凍日變化特征

從囊謙歷年凍土消融日和初凍日出現(xiàn)頻率（表2）可見，1960—1989年各年份凍土消融日出現(xiàn)在5月，到1990—1999年只有2年凍土消融日出現(xiàn)在5月，其余8年出現(xiàn)在4月。2000—2009年凍土消融日已提前至每年4月，2007年提前至3月，2010—2017年凍土消融日提前至3月，只有一年出現(xiàn)在4月，凍土消融日逐年在提前。

凍結初日在延遲，2000年以后延遲速率在加快，21世紀初的18年中，9月已無凍結初日出現(xiàn)，凍結初日出現(xiàn)在10月的年份只有76﹪，其中4年凍結初日延遲至11月，2017年的凍結初日延遲至2018年1月。

3 突變點檢測

從囊謙1960—2017年凍土Mann-Kendall檢測（圖2）結合滑動t檢驗： （ 方程遵從自由度ν=1+2-2的分布）。分析得出1992年囊謙最大凍土深度發(fā)生了突變現(xiàn)象，從一個相對偏大期轉變?yōu)橐粋€相對偏小期，1992年以后凍土以及顯著的速度在減少。

4 引起凍土變化的氣候背景

從囊謙1960—2017年氣溫變化曲線（圖3）和囊謙1960—2017年地表溫度變化曲線（圖4）看出，1960—2017年囊謙地區(qū)氣溫以0.36 ℃/10年的傾向率顯著上升，至1992年以后，氣溫以0.70 ℃/10年的傾向率極顯著上升。地表溫度的變化跟氣溫變化一致，1960—2017年以0.43 ℃/10年的傾向率顯著上升，至1992年以后，以0.9 ℃/10年的傾向率在極顯著上升。從圖3和圖4比較發(fā)現(xiàn)，囊謙季節(jié)性凍土的變化與氣溫和地表溫度的變化具有很大的負相關性，氣溫的逐年升高是導致凍土逐年變薄的主要因素。

5 結論

通過對囊謙57年凍土資料的總體分析、階段分析，結合氣溫等氣候影響因子分析得出：

（1）囊謙凍土以極顯著的傾向率逐年變薄，傾向速度為-2.69 cm/10年。2000

年以前，每年的6—9月為無凍土期，2000年以后發(fā)展為每年的5—9月為無凍土期，凍土消融日明顯提前，21世紀初比20世紀提前了1個月，凍土初日明顯延遲。2010—2017年最大凍土平均深度為57 cm，比20世紀80年代減少了15 cm，比20世紀90年代減少了10 cm。

（2）1992年出現(xiàn)了1次凍土深度由厚變薄的突變。突變前，以1.73 cm/10年的傾向率在增大，突變后，以-6.43 cm/10年的傾向率在減小。

（3）凍土變化趨勢與氣溫、地表溫度的變化具有很好的負相關性。氣溫和地溫的變化是地溫變化的主要氣象因子。

（4）囊謙凍土的變化特征與1961—1998年青藏高原季節(jié)凍土資料研究結論不符，與青藏高原周邊地區(qū)季節(jié)凍結深度減薄最顯著的地區(qū)在高原腹地和高原東北區(qū)結論基本一致。

參考文獻

[1] 王吉興.凍土觀測分析[J].甘肅氣象，1994（4）：43.

[2] 王艷麗，息濤，張鵬，等.1961—2010年遼寧省季節(jié)性凍土變化特征分析[J].現(xiàn)代農業(yè)科技，2013（21）：241-242.

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

[4] 葉殿秀，趙珊珊，孫家民.近50多年青海玉樹凍土變化特征分析[J].長江流域資源與環(huán)境，2011，20（9）：1080-1084.

[5] 李韌，趙林，丁永建，等.青藏高原季節(jié)凍土的氣候學特征[J].冰川凍土，2009， 31（6）：1050-1056.

Analysis of the Changing Characteristics and Climate Impact Factors of Seasonal Permafrost in the Past 57 Years in Nangqian Region under the Background of Global Warming

Wang Chen et al（Yushu Prefecture Meteorological Bureau of Qinghai Province， Yushu， Qinghai 815000）

Abstract Using the frozen soil， temperature， and surface temperature data from the National Standard Meteorological Station of Baoqian， Qinghai Province from 1960 to 2017， the seasonal changes in frozen soil in Baoqian were analyzed using statistical methods such as climate tendency rate and Mann Kendall non parametric trend test. The results show that the maximum frozen soil depth in Baoqian has been decreasing at a trend rate of -2.69 cm/10 a in the past 58 years. In 1991， there was a sudden change from large to small， and after 1992， it decreased significantly. The melting date in the early 21 st century was one month earlier than that in the 20 th century. The characteristics of interdecadal changes are that the maximum freezing depth was in a relatively decreasing period from the 1960 s?to the 1970 s， increased significantly from the early 1970 s to the early 1990 s， and decreased significantly from the 1990 s to the early 21st century.

Key words Seasonal frozen soil; Change characteristics; Climate tendency rate