清原縣凍土深度特征變化分析

楊靜 干昌武 李金倞 肖琦 曹瑞 劉德強(qiáng)

摘要 對(duì)清原滿(mǎn)族自治縣國(guó)家基本氣象站1962-2020年凍土器觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出清原滿(mǎn)族自治縣凍土深度變化與月平均氣溫之間的月、年變化特征。將凍土深度的年平均值、月值與月平均（最低、最高）氣溫等氣象因素進(jìn)行比較分析得到：一般溫度越高，凍土深度越淺，反之凍土深度越深。通過(guò)比較分析得出清原滿(mǎn)族自治縣年凍土深度變化與氣溫呈負(fù)相關(guān)。

關(guān)鍵詞 凍土深度;氣溫變化;變化特征;負(fù)相關(guān)

中圖分類(lèi)號(hào)：P642.14

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-3305（2021）02-082-02

1研究背景與意義

1.1凍土的含義

凍土是指含有水分的土壤因溫度下降到0℃以下而成凍結(jié)的狀態(tài)。凍土具有流變性，其長(zhǎng)期強(qiáng)度遠(yuǎn)低于短期瞬時(shí)強(qiáng)度特征。正由于這些特征，在凍土區(qū)修筑工程構(gòu)筑物就必須面臨兩大危險(xiǎn)：凍脹和融沉。但隨著氣候變暖，凍土在不斷退化。本文主要對(duì)清原滿(mǎn)族自治縣凍土深度變化進(jìn)行分析。

1.2研究意義

氣溫是影響凍土深度的重要因子，隨著工業(yè)的發(fā)展，氣溫回升、氣候變暖已成當(dāng)今社會(huì)環(huán)境的主要問(wèn)題，凍土隨之變化的特點(diǎn)成為眾多學(xué)者的主要研究對(duì)象。楊帥等通過(guò)對(duì)河北省凍土深度和氣溫、地溫的線(xiàn)性關(guān)系得出凍土深度與氣溫、地溫呈負(fù)相關(guān)。高思如等認(rèn)為西藏地區(qū)季節(jié)凍土最大凍結(jié)深度在時(shí)間和空間上具有垂直分帶性、緯度地帶性和區(qū)域性且逐年減薄的特征。郝振純等認(rèn)為最大凍結(jié)深度和最大積溫負(fù)相關(guān)性顯著，最大凍結(jié)深度小的地區(qū)對(duì)氣候變暖更加敏感。隨著氣候的變暖，研究?jī)鐾辽疃葘?duì)于清原地區(qū)的交通建設(shè)、管道鋪設(shè)、鐵路運(yùn)輸、農(nóng)耕活動(dòng)、預(yù)測(cè)天氣狀況等具有重要意義，所以加大對(duì)多年來(lái)清原地區(qū)凍土深度變化的研究力度是十分必要的。因此，本文選取清原滿(mǎn)族自治縣國(guó)家基本氣象站為主要研究對(duì)象，預(yù)測(cè)未來(lái)清原滿(mǎn)族自治縣的凍土與氣候變化的關(guān)系，為清原滿(mǎn)族自治縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生產(chǎn)生活提供理論建設(shè)。

2區(qū)域概況與資料選擇

2.1區(qū)域概況

清原滿(mǎn)族自治縣是遼寧省撫順市下轄縣，位于遼寧省東部山區(qū)，是遼寧省的東大門(mén)。清原滿(mǎn)族自治縣屬中溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬寒夏熱，地勢(shì)東南高、西北低，低山丘陵與河谷交錯(cuò)，中部沿渾河河谷平原向西逐步低緩，是渾、清、柴、柳四大河流的發(fā)源地，自然環(huán)境良好。

2.2凍土設(shè)備介紹

凍土器是觀測(cè)凍土的儀器，由外管和內(nèi)管組成。外管為一標(biāo)有0刻度線(xiàn)的硬橡膠管。內(nèi)管為一根有厘米刻度的軟橡膠管（管內(nèi)有固定冰柱用的鏈子），底端封閉，頂端與短金屬管、木棒及鐵蓋相連。內(nèi)管中灌注當(dāng)?shù)馗蓛舻乃ê铀⒕⒆詠?lái)水等）至刻度的零線(xiàn)處。

2.3資料選擇

資料選取遼東地區(qū)極具代表性的清原滿(mǎn)族自治縣一國(guó)家基本氣象站1962-2020年觀測(cè)數(shù)據(jù)。清原滿(mǎn)族自治縣國(guó)家基本氣象站1960-2020年的冬春季節(jié)（1-5月、10-12月）均使用凍土器觀測(cè)凍土，其他月份由于氣溫過(guò)高，無(wú)法產(chǎn)生凍土觀測(cè)數(shù)據(jù)。在觀測(cè)期間數(shù)據(jù)完整且具有良好的代表性。其他數(shù)據(jù)包括日平均氣溫、月平均最低氣溫、月平均最高氣溫、最深凍土持續(xù)天數(shù)等。

2.4分析方法

采用線(xiàn)性相關(guān)分析等方法，利用清原滿(mǎn)族自治縣1962-2020年凍土深度與溫度的變化來(lái)探討清原地區(qū)氣溫與凍土深度之間的關(guān)系，為清原滿(mǎn)族自治縣交通建設(shè)、管道鋪設(shè)等經(jīng)濟(jì)發(fā)展活動(dòng)提供相應(yīng)建議。

3數(shù)據(jù)分析與結(jié)果

在對(duì)清原滿(mǎn)族自治縣凍土深度與氣溫關(guān)系進(jìn)行定量研究時(shí)，考慮到數(shù)據(jù)資料的可得性和指標(biāo)的典型代表性，選取1962-2020年凍土深度變化指標(biāo)與氣溫變化指標(biāo)來(lái)衡量全球變暖兩者之間的關(guān)系。

在全球氣候變暖的大趨勢(shì)下，清原滿(mǎn)族自治縣氣溫也隨之產(chǎn)生變化，變化幅度較大，由1962年5.0℃跨越到2020年6.9℃，大體變化十分顯著，且各年份平均凍土深度也隨年份變化逐漸變淺（圖1、圖2）。

采取1962-2020年12月份、2月份的月平均最低氣溫與凍土深度數(shù)據(jù)分析，可知，隨著月平均最低氣溫的變化，凍土深度隨之產(chǎn)生負(fù)相關(guān)的變化，且不同年份的12月份、2月份均呈顯著負(fù)相關(guān)，月平均最低氣溫越高，凍土深度越淺（圖3、圖4）。由此可得凍土深度變化與月平均最高氣溫、月平均氣溫之間均呈負(fù)相關(guān)。

采取1962-2020年1ー5月、10一12月的月平均氣溫及月最大凍土深度變化分析可知，清原滿(mǎn)族自治縣最深凍土

月份出現(xiàn)在2、3月份，但最低氣溫出現(xiàn)在1月份（圖5、圖6）。由實(shí)踐可得：清原滿(mǎn)族自治縣主要降雪時(shí)間段出現(xiàn)在12月，在地表形成一個(gè)較深的、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的積雪覆蓋面。積雪雖然會(huì)對(duì)雪被下的物體產(chǎn)生保溫作用，但積雪的反射率較大，可以反射更多的太陽(yáng)輻射，降低地表所接受的太陽(yáng)輻射強(qiáng)照度，促進(jìn)和維持凍土層的形成和加深，使清原滿(mǎn)族自治縣最深凍土出現(xiàn)在2、3月份。地面溫度下降至0℃以下，土壤以下開(kāi)始結(jié)冰，形成初始封凍，并在一定時(shí)間內(nèi)持續(xù)封凍，這一時(shí)期稱(chēng)為凍土持續(xù)期。清原滿(mǎn)族自治縣最大凍土深度為169cm，在1969年3月，由3月20日持續(xù)至3月31日;1962-2020年清原滿(mǎn)族自治縣最深凍土天數(shù)的保持期在不斷減少，凍土的最大深度隨氣溫的升高而變淺，變化幅度逐漸加劇（圖7）。

4結(jié)論與建議

4.1結(jié)論

（1）清原滿(mǎn)族自治縣凍土期主要在10月至次年4月，影響凍土的主要時(shí)間在11月至次年3月，且與各氣象要素之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性;主要受溫度等氣象因子的影響，與溫度變化呈負(fù)相關(guān)，即氣溫越高，凍土深度越淺，最大值主要出現(xiàn)在2、3月份;最深凍土的持續(xù)時(shí)間逐年減少，凍土深度的變化也反映氣溫的變化，兩者關(guān)聯(lián)性強(qiáng)。

（2）清原滿(mǎn)族自治縣最低氣溫主要出現(xiàn)在1月份，最深凍土主要出現(xiàn)在2、3月份。由于地表覆蓋較深的積雪，而積雪對(duì)太陽(yáng)輻射反射率較強(qiáng)，降低地表原本所能接收的太陽(yáng)輻射照度，致使雪被下溫度日變化幅度較小，地表溫度較最低溫度變化幅度較小，促進(jìn)凍土層生成且不易隨雪被上氣溫的升高而融化，使清原滿(mǎn)族自治縣最深凍土出現(xiàn)在2、3月份。

4.2建議

隨著全球氣候變暖趨勢(shì)的加劇，各氣象因子也在發(fā)生變化，會(huì)對(duì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)建設(shè)、農(nóng)業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生不同的影響。對(duì)于工業(yè)建設(shè)而言，凍土期變短，溫度上升對(duì)建筑的承受力、時(shí)間以及損壞程度都會(huì)產(chǎn)生有利影響，但對(duì)于農(nóng)業(yè)而言，凍土層變淺則會(huì)增加病蟲(chóng)成活率，加大農(nóng)作物的致災(zāi)率田。所以?xún)鐾翆拥淖兓瘜?duì)不同的行業(yè)有利有弊，不可言概之，所以要掌握凍土層的深淺程度以及變化情況及其與溫度和其他氣象因子之間的關(guān)系來(lái)開(kāi)展社會(huì)建設(shè)活動(dòng)。

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責(zé)任編輯：黃艷飛