東北地區(qū)地溫和凍結(jié)深度時(shí)空特征的細(xì)化分析

龔 強(qiáng)， 晁 華， 朱 玲， 藺 娜， 于秀晶， 劉春生， 汪宏宇

（1.沈陽(yáng)區(qū)域氣候中心，遼寧 沈陽(yáng) 110166； 2.吉林省氣候中心，吉林長(zhǎng)春 130062； 3.黑龍江省氣候中心，黑龍江哈爾濱 150030；4.中國(guó)氣象局沈陽(yáng)大氣環(huán)境研究所，遼寧沈陽(yáng) 110166）

0 引言

在我國(guó)凍土有著廣泛的分布，季節(jié)凍土和多年凍土區(qū)約占陸地總面積的70%，其中季節(jié)凍土區(qū)約占50%［1］。氣候是凍土分布的主導(dǎo)因素，影響著凍土的凍結(jié)深度和分布范圍［2］，同時(shí)凍土變化又反作用于生態(tài)與氣候系統(tǒng)［3］。

東北地區(qū)全境為凍土區(qū)，除大小興安嶺北部區(qū)域?yàn)槎嗄陜鐾羺^(qū)外，其余絕大部分為季節(jié)凍土區(qū)［4］。東北地區(qū)不僅是中國(guó)重要的商品糧生產(chǎn)基地，也有著多樣的生態(tài)系統(tǒng)和重要的涉及凍土的工程，比如中俄輸油管道［5］、高緯高速鐵路［6］工程等，使得東北地區(qū)地溫、凍土的研究受到了大量關(guān)注。IPCC第五次評(píng)估報(bào)告指出，1980—2012 年全球地表平均溫度上升了0.85 ℃［7］，東北的多年凍土區(qū)增溫更為明顯，興安嶺地區(qū)近50 a 年平均氣溫普遍升高了0.9～2.2 ℃［8-9］，升溫速率高于全國(guó)和全球平均水平，氣溫升高必然會(huì)導(dǎo)致凍土溫度、類(lèi)型和分布發(fā)生變化。目前，已有學(xué)者基于氣象站的凍土觀(guān)測(cè)資料對(duì)遼寧［10］、吉林［11］、黑龍江［12-13］各自的凍土變化特征進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這些地區(qū)均存在凍結(jié)深度變淺、凍結(jié)初日推后、凍結(jié)終日提前的現(xiàn)象。也有學(xué)者針對(duì)松花江流域［14］、黑龍江佳木斯［15］、遼寧朝陽(yáng)［16］、遼寧沈陽(yáng)［17］等特定地區(qū)，著重分析最大凍結(jié)深度變化對(duì)氣候變暖的響應(yīng)，認(rèn)為最大凍結(jié)深度與氣溫特別是冬季氣溫呈反位相關(guān)系。晁華等［18］對(duì)東北地區(qū)凍土?xí)r空特征進(jìn)行了分析，龔強(qiáng)等［19］分析了遼寧省地溫時(shí)空特征，也得出了凍結(jié)深度變淺、地溫升高的結(jié)論。針對(duì)東北北部的多年凍土區(qū)，多是基于勘探、物探資料等進(jìn)行研究。常曉麗等［20］、何瑞霞等［21］總結(jié)了大興安嶺北部多年凍土監(jiān)測(cè)、研究的進(jìn)展情況，指出該地區(qū)受氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)影響，凍土正在退化。雖然前人從不同角度對(duì)東北地區(qū)的地溫、凍土情況進(jìn)行研究，但這些分析多以局部區(qū)域開(kāi)展研究或單一分析地溫或凍土某個(gè)要素，針對(duì)整個(gè)東北地區(qū)多層次地溫以及凍土觀(guān)測(cè)的長(zhǎng)時(shí)間序列研究，尤其是分析其空間差異還較少。鑒于此，本文基于東北地區(qū)（本文指遼寧、吉林、黑龍江三省，不含內(nèi)蒙古東四盟地區(qū)）氣象觀(guān)測(cè)站地溫、凍土的觀(guān)測(cè)資料，充分應(yīng)用長(zhǎng)序列觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)以及新近較為完整的觀(guān)測(cè)資料，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)建模更加細(xì)化地分析該區(qū)域地溫、凍土?xí)r空整體特征及其空間差異，以期為凍土工程設(shè)計(jì)建設(shè)和相關(guān)領(lǐng)域研究提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料

本文采用東北地區(qū)144個(gè)國(guó)家氣象站有地溫觀(guān)測(cè)以來(lái)的逐月平均地表溫度和5、10、15、20、40、80、160、320 cm 地溫資料，氣象站分布見(jiàn)圖1。各氣象站地溫開(kāi)始觀(guān)測(cè)年份不同，最早始于1951 年，但2005 年之前只有部分氣象站具有地表及40、80、160、320 cm 地溫?cái)?shù)據(jù)，且缺測(cè)、中斷現(xiàn)象比較嚴(yán)重。2005 年起，東北地區(qū)整體從人工地溫觀(guān)測(cè)轉(zhuǎn)換為自動(dòng)觀(guān)測(cè)，地溫?cái)?shù)據(jù)才相對(duì)比較完整。故本文基于144個(gè)氣象站2005—2016年地溫資料分析地溫空間分布特征。其中，阜新、錦州氣象站無(wú)80～320 cm 觀(guān)測(cè)資料，長(zhǎng)海、依蘭氣象站無(wú)40～320 cm 觀(guān)測(cè)資料，羊山氣象站僅有地表溫度觀(guān)測(cè)，海城、金州、旅順、通化縣、長(zhǎng)白、安圖、漠河氣象站無(wú)320 cm 觀(guān)測(cè)資料。對(duì)地溫長(zhǎng)期變化的分析則盡可能選用觀(guān)測(cè)起始時(shí)間早、有長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)的氣象站資料。

采用的凍土觀(guān)測(cè)資料是東北地區(qū)143個(gè)國(guó)家氣象站（圖1中僅長(zhǎng)海氣象站無(wú)凍土觀(guān)測(cè)）逐日凍結(jié)深度觀(guān)測(cè)資料，各站于1955—2003 年間陸續(xù)開(kāi)始凍土觀(guān)測(cè)。本文對(duì)極端最大凍結(jié)深度的分析采用143個(gè)氣象站凍土觀(guān)測(cè)開(kāi)始年至2016年的數(shù)據(jù)。對(duì)空間分布的分析則采用與地溫空間分布相同分析時(shí)段（2005—2016 年）的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。凍結(jié)深度數(shù)據(jù)采用凍土觀(guān)測(cè)的下界深度，以cm為單位。上述地溫、凍土資料分別來(lái)自遼寧省、吉林省、黑龍江省氣象檔案館。

圖1 氣象站點(diǎn)分布Fig.1 Distribution of the meteorological stations

1.2 分析方法

由于氣象站數(shù)量有限，尤其在黑龍江地區(qū)有較完整凍土、地溫觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的站點(diǎn)更少，僅依靠氣象站實(shí)際觀(guān)測(cè)難以客觀(guān)、全面的反映凍結(jié)深度、地溫的空間分布情況，為此本文采用統(tǒng)計(jì)建模推算的方法細(xì)化凍土、地溫的分布情況。凍土、地溫均屬于氣候?qū)W中的熱量要素，其分布特征與地理因子關(guān)系密切［22］。

式中：T為凍結(jié)深度（cm）或地溫（℃）；lon為地理經(jīng)度；lat為地理緯度；h為海拔（m）。一般可用多元線(xiàn)性回歸方程表示。

式中：a0、a1、a2、a3為回歸方程系數(shù)。

本文采用SRTM3 數(shù)字高程數(shù)據(jù)（http://srtm.csi.cgiar.org/，分辨率為90 m）和ArcGIS 10.0 軟件，將東北地區(qū)極端最大凍結(jié)深度、年平均最大凍結(jié)深度、年平均凍結(jié)期（凍結(jié)期表示凍結(jié)初日到翌年凍結(jié)終日之間的總天數(shù)）、年平均地表溫度、各層年平均地溫分別與經(jīng)度、緯度、海拔高度進(jìn)行多元線(xiàn)性回歸分析，分別建立擬合方程（表1），用以推算上述凍土、地溫要素1 km 分辨率的空間網(wǎng)格化數(shù)據(jù)。 各要素與地理參數(shù)之間的復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.8925～0.9703，均通過(guò)了0.01顯著性水平檢驗(yàn)。

表1 東北地區(qū)地溫、凍結(jié)深度要素空間網(wǎng)格化回歸方程系數(shù)Table 1 Spatial gridding regression equation coefficient of ground temperature and frost depth in Northeast China

2 結(jié)果與討論

2.1 地溫和凍結(jié)深度的空間分布特征

2.1.1 地溫的空間分布

根據(jù)氣象站地溫實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，各土層年平均地溫為南部溫度高，北部溫度低，南北溫差達(dá)到12 ℃，觀(guān)測(cè)到的各地各土層累年平均地溫均大于0 ℃，最高值出現(xiàn)在遼寧南部的大連地區(qū)，最低值出現(xiàn)在黑龍江北部的漠河一帶。圖2 給出了按表1 推算得到的東北地區(qū)地表溫度及40、80、320 cm 深度年平均地溫空間網(wǎng)格化分布圖（其他深度圖略）。可以看到，地溫空間分布存在明顯的緯向特征，大致呈向北2 個(gè)緯度年平均地溫降低1 ℃左右。上下層地溫?cái)?shù)值較為接近，說(shuō)明0～320 cm 土層的年平均地溫在垂直方向差異不大。東北各地年平均地表溫 度 為0.8～13.1 ℃，5 cm 和10 cm 地 溫 為0.4～12.4 ℃，15 cm 地溫為0.2～12.4 ℃，20 cm 地溫為0.1～12.4 ℃，40 cm地溫為-0.1～12.0 ℃，80 cm地溫為-0.3～12.3 ℃，160 cm 地溫為0～12.6 ℃，320 cm地溫為1.6～13.6 ℃。全區(qū)0～40 cm 地溫隨深度加深而降低，80～320 cm 地溫隨深度加深而升高；40～80 cm 深度地溫空間分布變化較小，北部局部地區(qū)年平均地溫為負(fù)值，可能存在多年凍土。

圖2 東北地區(qū)地表及40、80、320 cm深度年平均地溫網(wǎng)格化推算分布Fig.2 Gridding calculation distribution of mean annual ground temperature at 0，40，80，320 cm depth in Northeast China

為進(jìn)一步了解地溫的空間分布規(guī)律，圖3 給出了年平均地表溫度和40、320 cm 年平均地溫與緯度、經(jīng)度以及海拔高度關(guān)系的散點(diǎn)圖（其他圖層的散點(diǎn)圖與之相似，故圖略）。可以看到，各層地溫與緯度有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，兩者線(xiàn)性回歸擬合優(yōu)度R2大于0.8，說(shuō)明緯度對(duì)地溫高低的貢獻(xiàn)較大，緯度越高、地溫越低。各層地溫與經(jīng)度、海拔高度雖也存在一定的負(fù)相關(guān)趨勢(shì)，但相關(guān)性明顯低于其與緯度的相關(guān)性，且可以看到地溫在2～4 ℃的幾個(gè)離散點(diǎn)（漠河、塔河、呼中、新林、呼瑪）與經(jīng)度或海拔高度基本無(wú)相關(guān)性。按文獻(xiàn)［23-24］，嫩江—伊春一線(xiàn)以北為多年凍土區(qū)，以南為季節(jié)凍土區(qū)，上述幾個(gè)離散點(diǎn)正處于多年凍土區(qū)，說(shuō)明東北多年凍土區(qū)地溫雖與緯度有一定關(guān)系，但基本不受經(jīng)度和海拔高度影響。

圖3 地表及40、320 cm年平均地溫與緯度、經(jīng)度以及海拔關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.3 Scatter diagram of mean annual ground temperature at 0，40，320 cm depth vs.latitude，longitude and altitude

圖4 給出了各地觀(guān)測(cè)到的最低溫度層的空間分布。雖然分布有些凌亂，可能與各地觀(guān)測(cè)點(diǎn)土質(zhì)不同有關(guān)，但總體以44° N 為界，以南多以40 cm 深度溫度最低，以北多以80 cm 或更深層溫度最低，漠河最低溫度層深度在160 cm 或更深（160 cm 以下的更深層無(wú)觀(guān)測(cè)），鄰近的塔河已達(dá)到320 cm，說(shuō)明隨著緯度升高土壤最低溫度層深度有加深的傾向。

圖4 東北地區(qū)0～320 cm土層實(shí)測(cè)最低年平均地溫層的深度分布Fig.4 Depth of the lowest mean annual ground temperature recorded in the 0～320 cm soil layer in Northeast China

2.1.2 凍結(jié)深度的空間分布

東北各地2005—2016 年實(shí)測(cè)年平均最大凍結(jié)深度為32～254 cm，最小值出現(xiàn)在最南部的遼寧旅順，最大值出現(xiàn)在黑龍江北部的新林（注：漠河僅有1 a 數(shù)據(jù)，未參與統(tǒng)計(jì)）。對(duì)于氣象站觀(guān)測(cè)到的極端最大凍結(jié)深度情況，文獻(xiàn)［18］有比較詳細(xì)的分析，即極端最大凍結(jié)深度等深線(xiàn)具有緯向特征，觀(guān)測(cè)到的極端最大凍結(jié)深度為80 cm（旅順）～400 cm（漠河），而且氣候變暖背景下仍有一些觀(guān)測(cè)點(diǎn)在2010年以后觀(guān)測(cè)到突破歷史極值的極端凍結(jié)深度。

從東北地區(qū)年平均最大凍結(jié)深度和極端最大凍結(jié)深度的空間網(wǎng)格化分布圖來(lái)看（圖5），兩者緯向分布特征十分明顯。年平均最大凍結(jié)深度70 cm等深線(xiàn)位于遼寧南部沿海一帶，100、130、160、190、220 cm 等深線(xiàn)分別位于42° N、45° N、48° N、50° N、52° N 附近，基本為向北2～3 個(gè)緯度凍結(jié)深度加深30 cm左右。極端最大凍結(jié)深度明顯深于年平均最大凍結(jié)深度，160、190、220 cm 等深線(xiàn)分別位于43° N、45° N、47° N 附近，50° N 以北地區(qū)極端最大凍結(jié)深度超過(guò)280 cm，基本為向北2 個(gè)緯度極端最大凍結(jié)深度加深30 cm左右。

圖5 東北地區(qū)年平均最大凍結(jié)深度、極端最大凍結(jié)深度網(wǎng)格化推算分布Fig.5 Gridding calculation distribution of mean annual maximum frost depth and extreme maximum frost depth in Northeast China

圖6給出了年平均最大凍結(jié)深度、極端最大凍結(jié)深度與緯度、經(jīng)度以及海拔高度關(guān)系的散點(diǎn)圖。可以看到，凍結(jié)深度與緯度線(xiàn)性回歸擬合優(yōu)度R2為0.8 左右，相關(guān)性較高，說(shuō)明存在隨著緯度升高凍結(jié)深度加深的趨勢(shì)，而凍結(jié)深度與經(jīng)度、海拔高度的散點(diǎn)圖比較離散，統(tǒng)計(jì)意義不明顯。且可以看出年平均最大凍結(jié)深度為250 cm 左右、極端最大凍結(jié)深度大于300 cm 的散點(diǎn)（新林、呼瑪）完全游離在其他散點(diǎn)之外，特點(diǎn)與圖3多年凍土區(qū)地溫的特征類(lèi)似，即這幾個(gè)散點(diǎn)凍結(jié)深度與海拔高度、經(jīng)度基本無(wú)關(guān)，這與大興安嶺特有的起伏地形、多年凍土一般存在于溝谷的實(shí)際現(xiàn)象一致，反映出東北地區(qū)多年凍土獨(dú)特的特征。

圖6 年平均最大凍結(jié)深度、極端最大凍結(jié)深度與緯度、經(jīng)度及海拔關(guān)系散點(diǎn)圖Fig.6 Scatter diagram of mean annual maximum frost depth and extreme maximum frost depth vs.latitude，longitude and altitude

2.2 地溫和凍結(jié)深度的年內(nèi)變化特征

2.2.1 地溫的年內(nèi)變化

不同深度地溫的季節(jié)特征不同（圖7）。地表溫度以夏季（6—8 月）最高，其次為春季（3—5月），冬季（12 月—翌年2 月）最低，與氣溫特征一致。5～80 cm 深度均以夏季溫度最高，其次為秋季（9—11 月），冬季最低。160 cm 以下深度呈現(xiàn)秋、夏、冬、春季溫度從高向低排列的特征。地表通過(guò)接收太陽(yáng)短波輻射而升溫，并與大氣和下面土層進(jìn)行熱量交換，因地表是土壤與大氣的直接接觸層，兩者季節(jié)變化規(guī)律一致，而隨著土層加深，土層溫度受地表影響減弱，溫度變化存在滯后，因而表現(xiàn)有所不同。地溫的季節(jié)差異隨著土層深度加深而減小，地表夏季與冬季溫差達(dá)到33.5 ℃，而320 cm 深處最熱季（秋季）與最冷季（春季）的溫差僅為7 ℃。

圖7 東北地區(qū)0～320 cm深度四季平均地溫Fig.7 Mean seasonal ground temperature in spring，summer，autumn and winter at depth of 0～320 cm in Northeast China

圖8以沈陽(yáng)、長(zhǎng)春、哈爾濱和最北端的漠河、最南端的旅順作為代表站給出了0～320 cm 各月地溫隨深度的變化情況。可以看到，五站均以20 cm 以?xún)?nèi)深度地溫的年內(nèi)變化相對(duì)劇烈，40 cm 以下地溫變化比較平緩。隨著深度增加，地溫的月際變化減小，地表面年內(nèi)溫差以漠河最大（36.7 ℃）、旅順最小（29.6 ℃），而320 cm 深度地溫年內(nèi)溫差為6.5～7.2 ℃。五個(gè)代表站1 月、2 月、11 月和12 月均為地溫隨深度增高，其余月份地溫隨深度的變化不完全相同。0～160 cm 土層，冬半年地溫整體隨深度增加而升高，夏半年則相反。

圖8 旅順、沈陽(yáng)、長(zhǎng)春、哈爾濱、漠河0～320 cm深度各月平均地溫Fig.8 Mean monthly ground temperature from January to December at depth of 0～320 cm at Lüshun（a），Shenyang（b），Changchun（c），Harbin（d）and Mohe（e）Stations

2.2.2 凍結(jié)深度的年內(nèi)變化

東北地區(qū)月平均最大凍結(jié)深度出現(xiàn)在3 月（圖9）。一般從10 月開(kāi)始，隨著秋末冷空氣加強(qiáng)入侵，東北地區(qū)從北向南土壤逐漸凍結(jié)，南部沿海在翌年2 月凍結(jié)深度達(dá)到最大值，從南向北最大凍結(jié)深度出現(xiàn)的時(shí)間逐步推遲，北部地區(qū)基本在3 或4 月達(dá)到最大值，黑龍江北部部分地區(qū)在7—9月仍可能存在凍土。按網(wǎng)格化推算結(jié)果（圖10），全區(qū)年平均凍結(jié)期為113～325 d，由南向北遞增，51° N以北凍結(jié)期可達(dá)到300 d以上。

圖9 東北地區(qū)各月平均最大凍結(jié)深度Fig.9 Mean monthly maximum frost depth from January to December in Northeast China

圖10 東北地區(qū)凍結(jié)期網(wǎng)格化推算分布Fig.10 Gridding calculation distribution of freezing period days in Northeast China

2.3 地溫和凍結(jié)深度的長(zhǎng)期變化特征

2.3.1 地溫的長(zhǎng)期變化

選用大連、沈陽(yáng)、長(zhǎng)春、哈爾濱、伊春、愛(ài)輝為代表氣象站分析地溫的長(zhǎng)期變化，該6站位置從南至北依次相差2～3 個(gè)緯度左右，且數(shù)據(jù)時(shí)間序列相對(duì)較長(zhǎng)，其中，伊春、愛(ài)輝處于多年凍土區(qū)，其余4站位于季節(jié)凍土區(qū)。由圖11 和表2 可見(jiàn)，雖然各站觀(guān)測(cè)起始年份不同且存在數(shù)據(jù)中斷現(xiàn)象，但仍可以看出各層地溫有明顯的升高趨勢(shì)，地表升溫最大。6站地表升溫趨勢(shì)從南到北依次增大［0.31～1.16 ℃·（10a）-1］，說(shuō)明地表升溫隨緯度升高越來(lái)越顯著。40～320 cm 土層，對(duì)單站而言，各土層升溫幅度差異不大，但對(duì)比各站，各層均以伊春升溫最大［0.60 ℃·（10a）-1左右］，愛(ài)輝或哈爾濱次之［0.35 ℃·（10a）-1左右］，大連基本最小［0.20 ℃·（10a）-1左右］。總體而言，0～320 cm土層以高緯度升溫明顯，與氣候變暖在中高緯度更為顯著一致，不利于東北地區(qū)多年凍土的維持，特別是伊春，因其處于東北凍土區(qū)的南側(cè)邊緣，大幅升溫更不利于其多年凍土的繼續(xù)維持。

圖11 6個(gè)代表站年平均地溫年際變化Fig.11 Interannual variations of mean annual ground temperature at 0，40，80，160，320 cm depth at 6 representative stations（Dalian，Shenyang，Changchun，Harbin，Yichun and Aihui）

表2 6個(gè)代表站年平均地溫變化線(xiàn)性趨勢(shì)［單位：℃·（10a）-1］Table 2 Linear variation trend of mean annual ground temperature at 6 representative stations［unit：℃·（10a）-1］

從圖11 還可以發(fā)現(xiàn)，地表溫度在2005 年有明顯躍升，伊春、愛(ài)輝躍升幅度最大，而其他深度該現(xiàn)象不明顯，這與地溫觀(guān)測(cè)方式改變有關(guān)。2004—2005 年，東北地區(qū)氣象站全面由人工觀(guān)測(cè)改為自動(dòng)站觀(guān)測(cè)，積雪天氣時(shí)人工觀(guān)測(cè)的地面溫度為雪面溫度，自動(dòng)氣象站觀(guān)測(cè)的卻是雪下溫度，積雪對(duì)土壤的保溫作用使得觀(guān)測(cè)方式改變后地表溫度顯著升高［25］，因而在積雪較厚的多年凍土區(qū)地表溫度躍升的幅度更為明顯。可見(jiàn)，因地表溫度序列存在虛高現(xiàn)象，在分析地溫的氣候變化特征時(shí)，不宜單一采用地表溫度數(shù)據(jù)作為分析基礎(chǔ)。于小舟等［26］研究認(rèn)為積雪對(duì)0～20 cm 土壤有較好的保溫作用，而氣象站0～40 cm 土層之間的地溫觀(guān)測(cè)均是自動(dòng)站觀(guān)測(cè)以后開(kāi)始的，且無(wú)積雪清除對(duì)照觀(guān)測(cè)試驗(yàn)，現(xiàn)有資料暫無(wú)法直接分析積雪保溫作用影響的土層深度。

2.3.2 凍結(jié)深度的長(zhǎng)期變化

圖12 給出了上述同樣6 個(gè)代表站最大凍結(jié)深度和凍結(jié)期歷年變化圖。結(jié)合表3可見(jiàn)，6個(gè)代表站均存在凍結(jié)深度變淺、凍結(jié)期縮短現(xiàn)象。伊春最為顯著，凍結(jié)深度減小、凍結(jié)期縮短趨勢(shì)分別達(dá)到23 cm·（10a）-1、8 d·（10a）-1，哈爾濱、愛(ài)輝次之，分別為10 cm·（10a）-1、6 d·（10a）-1左右，伊春和愛(ài)輝歷年最大凍結(jié)深度的變幅較大，其他3 站凍結(jié)深度減小趨勢(shì)為4～7 cm·（10a）-1、凍結(jié)期縮短趨勢(shì)為2～4 d·（10a）-1。與圖11 對(duì)比可見(jiàn)，凍結(jié)深度、凍結(jié)期的趨勢(shì)性不如地溫的趨勢(shì)性顯著，存在階段性特征，即1987 年前后各站凍結(jié)深度、凍結(jié)期從偏大階段轉(zhuǎn)為相對(duì)偏小階段，轉(zhuǎn)變節(jié)點(diǎn)與東北地區(qū)冬季氣溫變暖突變時(shí)間比較吻合［27］。1987 年前后，大連、沈陽(yáng)、長(zhǎng)春凍結(jié)深度減少了20 cm 左右、凍結(jié)期減少15 d 左右，哈爾濱、伊春、愛(ài)輝凍結(jié)深度減少了32～83 cm、凍結(jié)期減少22 d 左右。總之氣候變暖使得東北地區(qū)凍結(jié)深度減小、凍結(jié)期縮短，尤其在多年凍土區(qū)及其臨近的高緯度季節(jié)凍土區(qū)更為顯著，這些地區(qū)凍土類(lèi)型的變化需要今后進(jìn)一步關(guān)注。

圖12 6個(gè)代表站最大凍結(jié)深度、凍結(jié)期年際變化Fig.12 Interannual variations of maximum frost depth（a）and freezing period（b）at 6 representative stations

表3 6個(gè)代表站最大凍結(jié)深度、凍結(jié)期線(xiàn)性變化趨勢(shì)及1987年前后累年平均值的對(duì)比Table 3 Linear variation trend of maximum frost depth and freezing period days at 6 representative stations and comparison of mean annual values before and after 1987

3 結(jié)論

本文對(duì)我國(guó)東北地區(qū)0～320 cm 地溫和凍土?xí)r空特征進(jìn)行了細(xì)化分析，主要結(jié)論如下：

（1）東北地區(qū)各層地溫空間分布存在明顯的緯向特征，年平均地表溫度為0.8～13.1 ℃，320 cm 年平均地溫為1.6～13.6 ℃，大致呈向北2 個(gè)緯度地溫降低1 ℃左右。地溫對(duì)緯度敏感，與經(jīng)度和海拔高度也有一定的負(fù)相關(guān)性，但在東北北部的多年凍土區(qū)地溫基本不受后兩者影響。0～320 cm 內(nèi)上下層溫差不大，最低溫度層總體以44° N 為界，以南40 cm深度居多，以北80 cm或更深層居多。

（2）凍結(jié)深度由南向北增大的緯向分布特征也十分明顯。年平均最大凍結(jié)深度70 cm 等深線(xiàn)位于遼寧南部沿海一帶，基本為向北2～3 個(gè)緯度凍結(jié)深度加深30 cm 左右，190 cm 等深線(xiàn)位于50° N 附近。極端最大凍結(jié)深度基本為向北2 個(gè)緯度加深30 cm左右，50° N 以北地區(qū)極端最大凍結(jié)深度超過(guò)280 cm。在多年凍土區(qū)凍結(jié)深度與海拔高度基本不相關(guān)。

（3）不同深度地溫的季節(jié)特征不同，地表溫度季節(jié)特征與氣溫一致，160 cm 以下深度呈現(xiàn)秋、夏、冬、春季溫度從高向低排列的特征。地溫的季節(jié)差異隨著土層深度加深而減小，地表夏季與冬季溫差達(dá)到33.5 ℃，320 cm 深處最熱季與最冷季的溫差僅為7 ℃。東北各地由南向北年平均凍結(jié)期為113～325 d，最大凍結(jié)深度多出現(xiàn)在3月。

（4）氣候變暖使得東北地區(qū)各層地溫升高、凍結(jié)深度減小、凍結(jié)期縮短，尤其在多年凍土區(qū)及其臨近的高緯度季節(jié)凍土區(qū)更為顯著。相對(duì)其他土層，地表升溫最大。伊春地表升溫趨勢(shì)達(dá)到1.16 ℃·（10a）-1，40～320 cm 土層為0.60 ℃·（10a）-1左右，凍結(jié)深度減小、凍結(jié)期縮短趨勢(shì)分別達(dá)到23 cm ·（10a）-1、8 d·（10a）-1，大幅升溫不利于多年凍土的繼續(xù)維持。