摘 要：選取1961—2020年三江源地區(qū)19個氣象觀測站點的逐日凍土數(shù)據(jù)，整理出凍結(jié)初始日、融化終止日、最大凍結(jié)深度，研究三江源季節(jié)性凍土始凍期、解凍期、年最大凍結(jié)深度的時空分布特征。結(jié)果顯示：1961—2020年三江源季節(jié)性凍土區(qū)平均凍結(jié)初始日為10月12日，氣候傾向率為2.15 d/10 a，呈現(xiàn)明顯推遲趨勢；1961—2020年平均融化終止日為5月5日，氣候傾向率為-1.35 d/10 a，總體呈較顯著提前趨勢；平均年最大凍結(jié)深度為132.7 cm，氣候傾向率為-1.50 cm/10 a，凍結(jié)深度總體呈顯著減小趨勢。

關(guān)鍵詞：三江源地區(qū)；季節(jié)性凍土；時空分布；特征分析

中圖分類號：P642.14 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）10–0-03

隨著全球氣候變暖，冰凍圈作為地球氣候系統(tǒng)的五大圈層之一，正受到前所未有的挑戰(zhàn)，而凍土是冰凍圈中十分重要的組成部分，近年來也受到越來越多的關(guān)注。凍土是指溫度≤0 ℃含有冰的各種土壤及巖土[1-6]。三江源地區(qū)位于青藏高原腹地，是“世界屋脊”和“世界第三極”的一部分，更是我國重要的水源涵養(yǎng)地和生態(tài)保護區(qū)。與北半球同緯度其他凍土區(qū)相比，青藏高原上的凍土區(qū)是自然生態(tài)系統(tǒng)中最敏感、最脆弱地區(qū)，有著溫度較高、厚度較薄、熱穩(wěn)定性較差、分布有限且不均勻等特點，因此對氣候變化和工程擾動更敏感，是全球氣候變化響應(yīng)最敏感地區(qū)之一[7-12]。因此，研究三江源地區(qū)季節(jié)性凍土變化特征，對氣候變暖響應(yīng)規(guī)律、生態(tài)保護、基建項目等有著積極意義。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 研究區(qū)概況

三江源地區(qū)位于青藏高原東北部，氣候干燥、空氣稀薄、含氧量低，被譽為“生命的禁區(qū)”[13]。對于生態(tài)而言，該地區(qū)有著環(huán)境脆弱、地位重要和系統(tǒng)極不穩(wěn)定三大特點，對我國乃至亞洲的生態(tài)屏障安全發(fā)揮著重要作用。三江源地區(qū)為典型的高原大陸性氣候，表現(xiàn)為冷熱兩季交替，干濕兩季分明，年溫差小，日溫差大，日照時間長，輻射強烈，無四季區(qū)分的氣候特征。年平均氣溫為-7.0～8.0 ℃。其中，7月平均氣溫最高為5.9～16.6 ℃；1月平均氣溫最低，為-16.7～-5.8 ℃。年均降水量為262.2～772.8 mm，其中6—9月降水量約占年總量的75%，多夜雨，夜間降水占55%～66%[14]。

1.2 資料及方法

此次研究選取三江源地區(qū)所有國家站（海拔2 001

～6 681 m），剔除沱沱河、五道梁2個常年凍土區(qū)測站，以及同德、河南2個由于遷站導(dǎo)致數(shù)據(jù)不可用測站，共19個站點的1961年1月1日—2020年12月31日的逐日凍土數(shù)據(jù)，統(tǒng)計出始凍期、解凍期、年最大凍結(jié)深度。這些站點呈現(xiàn)中部、南部海拔高，東北部海拔低的特點，均為季節(jié)性凍土區(qū)，能真實反映出三江源地區(qū)季節(jié)性凍土凍融分布特征。

此次研究采用線性傾向估計法描述凍土變量在時間變化中升降程度，并對其統(tǒng)計檢驗；利用線性趨勢法，研究季節(jié)性凍土凍結(jié)初始日、融化終止日、最大凍結(jié)深度的增加和減小趨勢。用ArcGIS對其特征進行空間插值畫圖，利用累積距平法確定突變轉(zhuǎn)折點，利用滑動t檢驗法對比樣本是否顯著來檢驗突變情況。

2 結(jié)果與分析

2.1 時間變化特征

1961—2020年，三江源地區(qū)季節(jié)性凍土的平均凍結(jié)初始日為10月12日，總體呈明顯推遲趨勢，氣候傾向率為2.15 d/10 a，通過0.001顯著性水平檢驗。其中最早平均凍結(jié)初始日為9月27日（澤庫），最晚平均凍結(jié)初始日為10月31日（尖扎），首個站點轉(zhuǎn)為凍結(jié)到最后一個站點凍結(jié)的時長為34 d。1961—2020年凍結(jié)初始日累積距平曲線總體呈“V”形，谷底突變點在1998年。

融化終止日總體呈較顯著提前趨勢，1961—2020年平均融化終止日為5月5日，氣候傾向率為-1.35 d/10 a，通過0.05顯著性水平檢驗。貴德的3月23日為最早平均融化終止日，清水河的7月12日為最晚平均融化終止日，時間跨度4個月近110 d。相較凍結(jié)初始日而言，融化終止日累積距平經(jīng)歷了提前、推遲、提前3個趨勢階段，突變點分別為1979、1992年。

1961—2020年，三江源季節(jié)性凍土年平均最大凍結(jié)深度最大為清水河的216.9 cm，最小為尖扎的

64.8 cm，平均年最大凍結(jié)深度為132.7 cm，氣候傾向率為-1.50 cm/10 a，總體呈顯著減小趨勢，通過0.1顯著性水平檢驗；年平均最大凍結(jié)深度的累積距平曲線與融化終止日的情況相似，經(jīng)歷偏小、偏大、偏小3個趨勢階段，時間突變點分別為1979、1998年。三江源季節(jié)性凍土區(qū)8—9月無凍土，10月開始凍結(jié)，翌年1、2月為全年最大值，3月土壤逐漸融化，7月所有站點完全融化。日最大凍結(jié)深度的年代際變化在2—3月最顯著。

2.2 空間變化特征

1961—2020年，三江源各地季節(jié)性凍土凍結(jié)初始日時間跨度較短，土壤在9月27日—10月31日近1個月內(nèi)完成封凍。東部的澤庫及中部高海拔地區(qū)的清水河和瑪多在9月末10月初凍結(jié)，為全區(qū)最早；東北部低海拔地區(qū)的尖扎、貴德、同仁及西南部的囊謙于10月下旬凍結(jié)，為全區(qū)最晚。除此之外，大部分地區(qū)于10月上中旬陸續(xù)進入土壤凍結(jié)期。

凍土融化終止日在時間跨度上較大，平均融化終止日在3月下旬至7月中旬，同時在異常年份時，2月中旬及8月下旬也偶有出現(xiàn)，大多融化終止時間為4—5月。尖扎、貴德于3月下旬完全融化，東部的同仁、共和、貴南、班瑪及西南部的玉樹、囊謙在4月完全融化，東北部的興海、東南部的瑪沁、達日、久治及西南部的治多、雜多、曲麻萊在5月完全融化，而澤庫、清水河、瑪多、甘德最晚融化終止日普遍出現(xiàn)在6月中下旬至7月中旬。

2.3 氣候態(tài)的分布特征

世界氣象組織規(guī)定，以30年氣候平均值作為一個地區(qū)的氣候態(tài)。此次研究將1981—2010年作為常年氣候態(tài)，對比分析1961—1990年和1991—2020年三江源季節(jié)凍土區(qū)的新、舊凍土觀測數(shù)據(jù)的變化情況。

1961—1990年、1981—2010年、1991—2020年3個氣候態(tài)凍結(jié)初始日分別為10月9日、10月10日、10月15日，新氣候態(tài)較前一氣候態(tài)推遲6 d。3個氣候態(tài)氣候傾向率分別為-0.85、2.77、6.48 d/10 a，前一氣候態(tài)凍結(jié)初始日呈不顯著提前趨勢，常年氣候態(tài)與新氣候態(tài)呈較顯著和明顯顯著推遲趨勢，分別通過0.01和0.001顯著性檢驗。

如圖1所示，1961—1990年，最早凍結(jié)的是清水河（9月17日），最晚凍結(jié)的是尖扎（11月4日），總體上6個站點9月凍結(jié)，12個站點10月凍結(jié)，1個站點11月凍結(jié)，時間跨度為48 d；1981—2010年，最早凍結(jié)的是澤庫（9月23日），最晚凍結(jié)的是貴德（10月30日），總體有4個站點9月份凍結(jié)，15個站點10月凍結(jié)，時間跨度為37 d；1991—2020年，最早凍結(jié)的是瑪多（9月27日），最晚凍結(jié)的是貴德（11月6日），有3個站點9月凍結(jié)，15個站點10月凍結(jié)，1個站點11月凍結(jié)，時間跨度為40 d。從以上數(shù)據(jù)可以直觀看到凍結(jié)初始日是隨著氣候態(tài)的推進呈明顯推遲趨勢，大多數(shù)站點凍結(jié)時間也由原來的10月上中旬推遲到中下旬。

圖1" 三江源地區(qū)季節(jié)性凍土凍結(jié)初始日1961—1990年（a）、1981—2010年（b）、1991—2020年（c）平均值的空間分布

1961—1990年、1981—2010年、1991—2020年3個氣候態(tài)融化終止日分別為5月7日、5月9日、5月3日，有著先推遲、后提前的變化特征。3個氣候態(tài)氣候傾向率分別為4.70、-3.61、-7.05 d/10 a，均通過0.001顯著性檢驗。

如圖2所示，1961—1990年最早融化的是尖扎（3月19日），最晚融化的是瑪多（8月1日），總體上3—8月各月融化的站點分別為1、6、6、4、1、1個，時間跨度為135 d；1981—2010年最早融化的是貴德（3月18日），最晚融化的是清水河（7月14日），總體來說3—8月各月融化的站點分別為2、7、5、3、2個，時間跨度為118 d；1991—2020年最早融化的是貴德（3月14日），最晚融化的是清水河（7月12日），總體來說3—7月融化的站點分別為2、8、6、2、1個，時間跨度為120 d。從以上數(shù)據(jù)可知，融化終止日是隨著氣候態(tài)推進呈明顯提前趨勢，同時各站點存在融化時間由前后分散開始向中間的4、5月集中特征。

1961—1990年、1981—2010年、1991—2020年3個氣候態(tài)平均年最大凍結(jié)深度分別為134.1、136.7、131.3 cm，有著先偏大、后偏小變化特征。3個氣候態(tài)氣候傾向率分別為3.18、-6.01、-9.47 cm/10 a。曲麻萊站是1961—1990年氣候變化率最大站點，氣候傾向率為-25.76 cm/10 a；清水河站是1981—1990氣候變化率最大的站點，氣候傾向率為-15.22 cm/10 a；興海站是1991—2020年氣候變化率最大的站點，氣候傾向率為-27.79 cm/10 a，均通過0.001顯著性檢驗。

圖2" 三江源地區(qū)季節(jié)性凍土融化終止日1961—1990年（a）、1981—2010年（b）、1991—2020年（c）平均值的空間分布

3個氣候態(tài)平均年最大凍結(jié)深度最大的站均為清水河，分別為239.0、223.8、216.0 cm；3個氣候態(tài)平均年最大凍結(jié)深度最小的站均為尖扎，分別為65.5、63.8、64.1 cm。從以上數(shù)據(jù)可知平均年最大凍結(jié)深度隨著氣候態(tài)的推進呈明顯變淺趨勢[15]。

3 結(jié)論

（1）1961—2020年三江源季節(jié)性凍土區(qū)平均凍結(jié)初始日多出現(xiàn)于9月下旬至10月下旬，平均凍結(jié)初始日為10月12日，氣候傾向率為2.15 d/10 a，通過0.001顯著性水平檢驗。60年代至90年代凍結(jié)初始日偏早，90年代后期開始，凍結(jié)初始日推遲尤為明顯?？傮w呈現(xiàn)明顯推遲趨勢。

（2）融化終止日較凍結(jié)初始日時間跨度長，多出現(xiàn)于4—5月，平均融化終止日為5月5日，氣候傾向率為-1.35 d/10 a，通過0.05顯著性水平檢驗。經(jīng)歷提前、推遲、提前3個趨勢階段，其時間突變點分別為1979、1992年?？傮w呈較顯著提前趨勢。20世紀80—90年代初土壤融化終止日多偏晚，1990年后逐漸提前，2011年以來提前最顯著。融化終止日自20世紀90年代初期后明顯提前。

（3）年平均最大凍結(jié)深度最大為清水河的216.9 cm，最小為尖扎的64.8 cm，平均年最大凍結(jié)深度132.7 cm，

氣候傾向率為-1.50 cm/10 a，通過0.1顯著性水平檢驗。20世紀60—80年代的年最大凍結(jié)深度多偏小，80—90年代的年最大凍結(jié)深度多偏大，2000年以來多偏小，年最大凍結(jié)深度由1983年的162.2 cm減至2019年的106.7 cm。凍結(jié)深度經(jīng)歷偏小、偏大、偏小3個趨勢階段，其時間突變點分別為1979、1998年，總體呈顯著減小趨勢。

（4）通過前后氣候態(tài)之間對比分析，發(fā)現(xiàn)凍結(jié)初始日（融化終止日）隨氣候變化提前（推遲）趨勢愈發(fā)明顯，最新氣候凍結(jié)初始日推遲至10月15日，融化終止日提前至5月3日，最大凍結(jié)深度降低至131.3 cm。

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收稿日期：2024-08-15

作者簡介：嚴繼云（1993—），男，青海大通人，工程師，研究方向為預(yù)報服務(wù)。