近55 a佳木斯地區(qū)最大凍土深度變化特征及其影響因子的分析

許英杰,尹嫦姣

(佳木斯市氣象局，黑龍江 佳木斯154004)

近55 a佳木斯地區(qū)最大凍土深度變化特征及其影響因子的分析

許英杰,尹嫦姣

(佳木斯市氣象局，黑龍江 佳木斯154004)

利用1961-2010年佳木斯、富錦2個(gè)代表站55 a的最大凍土深度及影響凍土的降雪、冬季溫度等資料，采用氣候趨勢(shì)系數(shù)和氣候傾向率的方法，對(duì)1961年以來(lái)佳木斯地區(qū)最大凍土深度變化進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，佳木斯地區(qū)最大凍土深度年際變化呈減小趨勢(shì)，西部減小趨勢(shì)明顯大于東部；影響最大凍土深度變化的主要因子是最大積雪深度和冬季平均降水量，而且兩者是呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)通過(guò)信度為0.001的顯著性檢驗(yàn)。

最大凍土深度；變化特征；影響因子；相關(guān)性

1 引言

佳木斯地區(qū)位于中國(guó)東北的松花江、黑龍江和烏蘇里江匯流而成的三江平原腹地(45°56′-48°28′N(xiāo)，129°29′-135°5′E)。屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬長(zhǎng)夏短，屬于季節(jié)性凍土區(qū)。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(jié)的狀態(tài)[1]，作為氣溫的產(chǎn)物，凍土對(duì)氣候變暖具有高度的敏感性,是全球氣候變化的重要指標(biāo)[2]。

我國(guó)從20世紀(jì)80年代初以來(lái)開(kāi)始增暖，黑龍江省是增暖中心，冬春季(11月—次年5月)增幅最大，80年代以前偏冷年份居多，以后以偏暖年份為主[3]。在全球氣候變暖的大背景下,研究佳木斯地區(qū)冬春季最大凍土深度變化特征及其變化趨勢(shì)，以及氣候因子（降雪、積雪、溫度、地面溫度）變化對(duì)最大凍土變化的影響,對(duì)三江平原生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用,對(duì)公路、鐵路和水利工程建設(shè),特別是對(duì)三江平原的糧食生產(chǎn)安全有一定參考意義。

2 資料與方法

資料取自黑龍江省CIMISS氣象資料數(shù)據(jù)庫(kù)中佳木斯站和富錦站1961-2015年 (當(dāng)年8月-翌年7月)最大凍土深度，最大積雪深度（當(dāng)年10月-翌年4月）、其它冬季資料均取自當(dāng)年11月-翌年3月。

最大凍土深度變化趨勢(shì)和幅度用趨勢(shì)系數(shù)、變化傾向率等來(lái)表示，趨勢(shì)系數(shù)是逐年度的最大凍土深度與年份的相關(guān)系數(shù)，最大凍土深度變化傾向率是氣候要素值與時(shí)間的線性回歸系數(shù),單位為cm/10 a。

3 最大凍土深度變化的空間特征

最大凍土深度是年內(nèi)埋入土中的凍土器內(nèi)結(jié)冰的最大長(zhǎng)度，其變化反映了凍土的變化情況[4]，為全面反映佳木斯地區(qū)最大凍土深度變化，選擇佳木斯站代表西部地區(qū)，富錦站代表東部地區(qū)。1961—2015年間佳木斯（西部）最大凍土深度最大值出現(xiàn)在1976年為220 cm，凍土深度最小值出現(xiàn)在2013年為93 cm，最大值年份與最小值年份兩者相差127 cm；富錦（東部）最大凍土深度最大值出現(xiàn)在1969年為228 cm，凍土深度最小值出現(xiàn)在2013年為101 cm,最大值年份與最小值年份兩者相差127 cm。

近55 a來(lái)佳木斯地區(qū)最大凍土深度呈減小趨勢(shì)，佳木斯（西部）最大凍土深度趨勢(shì)系數(shù)為-0.5095，通過(guò)信度α=0.001的顯著性檢驗(yàn)，呈現(xiàn)極顯著相關(guān)；富錦（東部）最大凍土深度趨勢(shì)系數(shù)為-0.2793,通過(guò)信度α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，呈現(xiàn)顯著相關(guān)。

近55 a來(lái)佳木斯地區(qū)最大凍土深度變化呈減小趨勢(shì)(圖1、圖2)。 佳木斯（西部）最大凍土深度變化傾向率為-9.087 cm/10a，線性趨勢(shì)方程為Y=-0.9087X+193.14，55 a來(lái)佳木斯（西部）最大凍土深度減少了49 cm；富錦（東部）最大凍土深度變化傾向率為-4.917 cm/10a，線性趨勢(shì)方程Y=-0.4917X+183.97,55 a來(lái)富錦最大凍土深度減少26 cm。佳木斯地區(qū)最大凍土深度變化傾向率西部明顯大于東部。

4 最大凍土深度年代際變化

圖1 佳木斯（西部）最大凍土深度變化及其線性趨勢(shì)

圖2 富錦（東部）最大凍土深度變化及其線性趨勢(shì)

佳木斯(西部)20世紀(jì)70年代最大凍土深度最深達(dá)到191.8 cm，70年代比60年代凍土深度增加17.2 cm，80年代比70年代凍土深度減少20.8 cm，90年代比80年代凍土深度增加5.2 cm，21世紀(jì)00年代比20世紀(jì)90年代凍土深度減少30.1 cm，10年代比00年代凍土深度減少20.9 cm；富錦（東部）20世紀(jì)70年代最大凍土深度最深達(dá)到186.8 cm，70年代比60年代凍土深度增加8.6 cm,80年代比70年代凍土深度減少16.6 cm,90年代比80年代凍土深度減少15.6 cm，21世紀(jì)00年代比20世紀(jì)90年代凍土深度增加16.9 cm,10年代比00年代凍土深度減少21.9 cm。總體來(lái)說(shuō)，佳木斯地區(qū)最大凍土深度隨年代際的增加而呈波動(dòng)式減小，佳木斯地區(qū)佳木斯 （西部）最大凍土深度年代際變化幅度比富錦（東部）大。尤其20世紀(jì)90年代以后佳木斯地區(qū)西部最大凍土深度減少最為明顯。

5 降雪與最大凍土深度的關(guān)系

5.1 最大積雪深度與最大凍土深度的關(guān)系

積雪對(duì)凍土有重要影響，雪蓋對(duì)地面有保溫作用，積雪消融吸收熱量又可降低地面吸收，這就造成了積雪對(duì)凍土影響的不確定性[5]。1961-2015年55 a來(lái)佳木斯地區(qū)年最大積雪深度變化呈上升趨勢(shì)。佳木斯(西部)其上升傾向率為2.421 cm/10a，線性趨勢(shì)方程為Y=0.2421x+15.275，最大積雪深度與最大凍土深度之間的相關(guān)系數(shù)為-0.648，通過(guò)信度為0.001的顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到極顯著相關(guān)水平；富錦(東部)其上升率為2.638 cm/10a，線性趨勢(shì)方程為Y=0.2638x+8.4869，最大積雪深度與最大凍土深度之間的相關(guān)系數(shù)為-0.525，通過(guò)信度為0.001的顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到極顯著相關(guān)水平。最大積雪深度與最大凍土深度存在顯著的負(fù)相關(guān)，說(shuō)明最大積雪深度越深(越淺)最大凍土深度越淺(越深)。

5.2 冬季平均降雪量與最大凍土深度的關(guān)系

佳木斯地區(qū)每年11月到翌年3月基本以降雪為主有少量雨夾雪和降雨，故用當(dāng)年11月到翌年3月平均降水量代表冬季平均降雪量。1961-2015年55 a來(lái)佳木斯地區(qū)冬季平均降雪量變化是呈增加趨勢(shì)，佳木斯（西部）增加傾向率約為1.583 mm/10a,線性趨勢(shì)方程為Y=0.1583X+4.6823，冬季平均降雪量與最大凍土深度之間的相關(guān)系數(shù)為-0.654，通過(guò)信度為0.001的顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到極顯著相關(guān)水平；富錦（東部）增加傾向率為1.185 mm/10a，線性趨勢(shì)方程為Y=0.1185X+5.3343，冬季平均降雪量與最大凍土深度之間的相關(guān)系數(shù)為-0.47333,通過(guò)信度為0.001的顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到極顯著相關(guān)水平。冬季平均降雪量與最大凍土深度存在顯著的負(fù)相關(guān),二者相關(guān)性較強(qiáng),說(shuō)明冬季平均降雪量越大(越小)最大凍土深度越淺(越深)。

6 溫度與最大凍土深度的關(guān)系

6.1 冬季平均溫度與最大凍土深度的關(guān)系

氣候是凍土分布的主導(dǎo)因素,氣溫的變化勢(shì)必影響凍土變化[6]。1961-2015年55 a來(lái)佳木斯地區(qū)冬季平均溫度變化呈上升趨勢(shì)，佳木斯（西部）上升傾向率為0.379℃/10a，線性趨勢(shì)方程為 Y=0.0379X-12.973，冬季平均溫度與最大凍土深度之間的相關(guān)系數(shù)為-0.183,通過(guò)信度為0.5的顯著性檢驗(yàn)，呈弱的相關(guān)；富錦（東部）其上升傾向率為0.25℃/10a，線性趨勢(shì)方程為Y=0.025X-13.44，冬季平均溫度與最大凍土深度之間相關(guān)系數(shù)為-0.336，通過(guò)信度為0.01的顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到顯著相關(guān)水平。冬季平均溫度與最大凍土深度存在負(fù)相關(guān)，二者相關(guān)性較弱。

6.2 冬季平均最低溫度與最大凍土深度的關(guān)系

1961-2015年55 a來(lái)佳木斯地區(qū)冬季平均最低溫度變化呈上升趨勢(shì)，佳木斯（西部）其上升傾向率為0.52℃/10a，線性趨勢(shì)方程為Y=0.052X-18.98，冬季平均最低溫度與最大凍土深度之間相關(guān)系數(shù)為-0.149,通過(guò)信度為0.5的顯著性檢驗(yàn)，呈弱的相關(guān)；富錦（東部）其上升傾向率為0.374℃/10a，線性趨勢(shì)方程為Y=0.0374X-20.22，冬季平均最低溫度與最大凍土深度之間相關(guān)系數(shù)為-0.376，通過(guò)信度為0.05的顯著性檢驗(yàn),達(dá)到顯著相關(guān)水平。 冬季平均最低溫度與最大凍土深度存在負(fù)相關(guān),二者相關(guān)性較弱。

7 結(jié)論

(1)1961-2015年55 a間佳木斯地區(qū)最大凍土深度呈現(xiàn)減少趨勢(shì),佳木斯(西部)最大凍土深度趨勢(shì)系數(shù)為-0.5095，通過(guò)信度為0.001的顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到極顯著相關(guān)水平，最大凍土深度減少傾向率為-9.087 cm/10a；富錦 （東部）最大凍土深度趨勢(shì)系數(shù)為-0.2793,通過(guò)信度為0.05的顯著性檢驗(yàn),達(dá)到顯著相關(guān)水平。最大凍土深度減少傾向率為-4.917 cm/10a。

(2)佳木斯地區(qū)最大凍土深度年代際變化呈現(xiàn)波動(dòng)式減少趨勢(shì)，西部最大凍土深度年代際變化幅度比東部大，尤其20世紀(jì)90年代以后西部最大凍土深度減小明顯。

(3)1961-2015年55 a佳木斯地區(qū)最大積雪深度、冬季降雪量、冬季平均溫度和冬季平均最低溫度年際變化均呈上升趨勢(shì)，上述各因子與最大凍土深度之間相關(guān)系數(shù)均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。佳木斯地區(qū)最大凍土深度與最大積雪深度、冬季降雪量之間的相關(guān)系數(shù)通過(guò)信度為0.001的顯著性檢驗(yàn)，達(dá)到極顯著水平，說(shuō)明佳木斯地區(qū)最大凍土深度減小與最大積雪深度、冬季降雪量的增加有密切關(guān)系。冬季最大凍土深度與冬季平均溫度、冬季平均最低溫度之間的相關(guān)性并不密切。

[1]中國(guó)氣象局.地面氣象觀測(cè)規(guī)范[M].北京:氣象出版社,2003:90-91.

[2]劉小寧,李慶祥.我國(guó)最大凍土深度變化及初步解釋[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2003,14(3):299-308.

[3]任國(guó)玉,徐銘志,初子瑩,等.近54年中國(guó)地面氣溫變化[J].氣候與環(huán)境研究,2005,10(4):717-727.

[4]杜紅,吳曉龍,杜峰,等.近50年石河子地區(qū)凍土變化特征及影響因子分析 [J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2014,130(26):155-158.

[5]高榮,韋志剛,董文杰.20世紀(jì)后期青藏高原積雪和凍土變化變化及氣候變化的分析 [J].高原氣象,2003,22(2):191-196.

[6]劉先昌,國(guó)世友,金磊,等.近47a來(lái)黑龍江省地面最大凍土深度變化分析[J].黑龍江氣象,2008,4(25),42-43.

Analysis of the characteristics of maximum frozen soil depth and its influencing factors in Jiamusi area in the past 55 years

XU Ying-jie,YIN Chang-jiao
(Jiamusi meteorological bureau,Heilongjiang Jiamusi 154004)

Based on the maximum permafrost depths,snowfall and winter temperature data of Jiamusi and Fujin 2 representative stations from 1961 to 2010,using the climatic trend coefficient and climate tendency method to analyze the maximum permafrost depth change in Jiamusi region.The results show that,the interannual variability of the permafrost depth in Jiamusi area is decreasing,and the decreasing trend in the west is obviously larger than that in the east.The main factors affecting the maximum permafrost depth change are the maximum snow depth and the winter average precipitation,and the two are negatively correlated,The correlation coefficient through the reliability of 0.001 significant test.

Maximum permafrost depth;variation characteristics;influencing factors;correlation

1002－252X(2017)03－0004－03

2017－6－1

許英杰（1963-），男，遼寧省丹東市人，成都信息工程學(xué)院，本科生，高級(jí)工程師.