阿拉善盟地區(qū)凍土?xí)r空變化特征分析

段鳳蓮

引 言

氣象學(xué)中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)，是表征當(dāng)?shù)貧庀鬆顩r和氣候特點(diǎn)的氣象要素之一，凍土深度以厘米（cm）為單位，在氣候監(jiān)測(cè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、建筑規(guī)劃與設(shè)計(jì)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、氣候分析、科學(xué)研究和氣象服務(wù)等方面發(fā)揮著重要作用。阿拉善盟位于內(nèi)蒙古自治區(qū)最西部，屬內(nèi)陸高平原地區(qū)，地勢(shì)南高北低，沙漠戈壁相間，全盟總面積27萬平方公里，屬于中溫帶大陸性氣候。阿拉善盟是我國(guó)北方生態(tài)防護(hù)的重要屏障，也是氣候變化的敏感區(qū)。因此，對(duì)阿拉善盟的凍土變化規(guī)律作一個(gè)較為深入細(xì)致的分析，有重要研究意義。

一、資料與方法

（一）資料來源

本文采用阿拉善盟地區(qū)9個(gè)氣象觀測(cè)站1980～2019年觀測(cè)資料（因遷站影響，其中烏斯太為2008～2019年、孿井灘為2002～2019年資料），選擇各站日最大凍土深度、冬季11月至翌年3月平均氣溫資料。此資料來源于阿拉善盟氣象局CIMISS本地化應(yīng)用系統(tǒng)，資料統(tǒng)計(jì)按照《地面氣象資料實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)處理業(yè)務(wù)規(guī)定（2017版）》。

（二）分析方法

筆者利用氣候統(tǒng)計(jì)方法，分析了最大凍土深度的月、年際特征及穩(wěn)定性。最大凍土深度的特征分析采用了趨勢(shì)分析法，主要應(yīng)用線性回歸法對(duì)阿拉善盟地區(qū)的最大凍土深度進(jìn)行線性趨勢(shì)分析。趨勢(shì)分析法是把最大凍土深度看成是時(shí)間函數(shù)，趨勢(shì)方程的一般形式為：y=axi+b，斜率a定義為氣候傾向率，表征時(shí)間序列的變化趨勢(shì)。氣候傾向率的大小表征變化速度；正負(fù)則表征變化方向：a＞0表示呈上升趨勢(shì)；a＜0表示呈下降趨勢(shì)，a×10稱為氣候傾向率，單位為cm/10a或℃/10a。

為分析最大凍土深度的穩(wěn)定性，計(jì)算了各氣象站最大凍土深度的變差系數(shù)V0。變差系數(shù)表示氣候值偏離其平均值的程度，是均方差和其均值的百分比。它描述了逐年氣象要素分散的程度，是高度集中在某個(gè)范圍內(nèi)還是比較均勻地分布在平均值周圍。變差系數(shù)越大，表明氣象要素的穩(wěn)定性越差。

二、結(jié)果與分析

（一）凍土深度的時(shí)間變化特征

1.最大凍土深度的月變化

阿拉善盟地區(qū)凍土一般在10月開始出現(xiàn)，翌年4月消融，4月和10月凍結(jié)不穩(wěn)定，常為白天融化和夜晚凍結(jié)現(xiàn)象，在當(dāng)年11月中下旬凍結(jié)后就不再融化，故將當(dāng)年11月至翌年3月定義為一個(gè)凍土連續(xù)時(shí)段。1980～2019年多年平均月最大凍土深度出現(xiàn)在2月，為99cm；其次分別為1月的97cm、12月的70cm和3月的51cm，4月最小只有2cm，阿右旗、額濟(jì)納旗1月最大，其次為2月，其余地區(qū)2月最大，其次為1月。諾爾公站月最大凍土深度變化范圍最大，為4～131cm，阿左旗月最大凍土深度變化范圍最小為1～82cm。全盟各站最大凍土深度最大值出現(xiàn)在2月上中旬。

2.最大凍土深度的年際變化及穩(wěn)定性

從阿拉善盟9個(gè)氣象觀測(cè)站年最大凍土深度的穩(wěn)定性、氣候傾向率可以得出，烏斯太的最大凍土深度均方差和變差系數(shù)最大，為19.99cm和0.213%，其次為吉蘭泰18.54cm和0.168%，這說明烏斯太、吉蘭泰最大凍土深度的穩(wěn)定性差；變差系數(shù)最小的站是諾爾公，為0.125%，其次分別為阿右旗、額濟(jì)納旗，分別為0.127%；0.129%；說明這3個(gè)站的最大凍土深度的穩(wěn)定性是最好的。吉蘭泰最大凍土深度以11.3cm/10a的速度加深，諾爾公最大凍土深度以0.34cm/10a的速度加深，其他站均呈一致的變淺趨勢(shì)，氣候傾向率為-0.56～-24.51cm/10a。其中，烏斯太、孿井灘最大凍土深度變淺幅度最大，氣候傾向率為-24,51cm/10a和-21.54cm/10a；由于烏斯太、孿井灘資料序列相對(duì)較短，還需進(jìn)一步監(jiān)測(cè)檢驗(yàn)。

3.最大凍土深度的年代際變化

在10a尺度上（表1），近40a阿拉善盟7個(gè)觀測(cè)站20世紀(jì)80～90年代最大凍土深度除吉蘭泰加深外，其他均變淺；20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)00年代最大凍土深度，除諾爾公、阿左旗變淺外，其余地區(qū)加深，其中吉蘭泰加深較明顯；2010～2019年，阿拉善盟9個(gè)觀測(cè)站最大凍土深度額濟(jì)納旗、雅布賴、孿井灘、烏斯太變淺明顯，諾爾公、吉蘭泰加深較明顯。這說明阿拉善盟東部（阿左旗）、西部（額濟(jì)納旗）地區(qū)臺(tái)站在20世紀(jì)80年代平均凍土深度最深，是近40a來最大凍土深度最深的時(shí)期。北部（諾爾公、吉蘭泰）地區(qū)21世紀(jì)10 年代加深較明顯。

表1 1980～2019年阿拉善盟各站最大凍土深度的年代際變化/cm

（二）凍土深度的空間變化特征

從阿拉善盟1980～2019年各站年極端最大凍土深度、多年平均深度來看，最大凍土深度的空間分布特征為西深東淺，北深南淺。全盟平均最大深度凍土在82～131cm。平均最深為諾爾公、其次為吉蘭泰、孿井灘地區(qū)，最淺為阿左旗巴彥浩特地區(qū)。區(qū)域最大凍土深度的最大值出現(xiàn)在諾爾公為170cm，2018年2月14日；區(qū)域最大凍土深度最小值出現(xiàn)在阿左旗巴彥浩特為61cm，1990年。

（三）凍土深度對(duì)溫度變化的響應(yīng)

阿拉善盟各站11月至翌年3月平均氣溫呈上升趨勢(shì)，氣溫上升率在0℃～11.4℃/10a之間。最大凍土深度和平均氣溫呈負(fù)相關(guān)，其中平均氣溫上升最明顯的是烏斯太，上升率為1.43℃/10a，相關(guān)系數(shù)為0.815。其次是額濟(jì)納旗，氣溫上升率為0.52℃/10a，相關(guān)系數(shù)為0.623；升溫幅度最小的是雅布賴，上升率為0.08℃/10a，相關(guān)系數(shù)為0.646。相關(guān)系數(shù)最小為吉蘭泰，氣溫上升率為0.32℃/10a，相關(guān)系數(shù)為0.037。

三、結(jié)論與討論

1.烏斯太最大凍土深度變差系數(shù)最大，說明其最大凍土深度的穩(wěn)定性最差，其次為吉蘭泰；諾爾公最大凍土深度變差系數(shù)最小，其次是阿右旗、額濟(jì)納旗，說明這3個(gè)站最大凍土深度的穩(wěn)定性較好。

2.1980年以來，阿拉善盟最大凍土深度除吉蘭泰最大凍土深度以11.3cm/10a的速度加深，諾爾公最大凍土深度以0.34cm/10a的速度加深，其他站均呈一致的變淺趨勢(shì)，其中烏斯太最大凍土深度變淺幅度最大，氣候傾向率為-24.51cm/10a。

3.在10a尺度上，近40a阿拉善盟20世紀(jì)80～90年代最大凍土深度除吉蘭泰加深外，其他均變淺；20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)00年代最大凍土深度，除諾爾公、阿左旗變淺外，其余地區(qū)均加深；2010年至2019年，阿拉善盟最大凍土深度額濟(jì)納旗、雅布賴、孿井灘、烏斯太變淺明顯，諾爾公、吉蘭泰加深明顯。

4.阿拉善盟最大凍土深度的空間分布特征為西深東淺，北深南淺。全盟平均最大深度凍土在82～131cm之間。最深為諾爾公，其次為吉蘭泰地區(qū)，巴彥浩特地區(qū)最淺。

5.阿拉善盟各站11月至翌3月平均氣溫均呈上升趨勢(shì)，上升率在0.1℃～1.4℃/10a。氣溫升溫最顯著的是烏斯太。冬季平均氣溫與最大凍土深度均呈負(fù)相關(guān)，部分站點(diǎn)相關(guān)極顯著，說明氣溫是影響最大凍土深度的主要因素。同時(shí)，最大凍土深度與緯度、地形、地表植被、土壤性質(zhì)等多種因素有關(guān)，應(yīng)再深入研究吉蘭泰最大凍土深度加深影響因子，更好地在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、建筑規(guī)劃與設(shè)計(jì)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面發(fā)揮作用。