1961—2020年三江源地區季節性凍土時空分布特征分析

摘 要：選取1961—2020年三江源地區19個氣象觀測站點的逐日凍土數據，整理出凍結初始日、融化終止日、最大凍結深度，研究三江源季節性凍土始凍期、解凍期、年最大凍結深度的時空分布特征。結果顯示：1961—2020年三江源季節性凍土區平均凍結初始日為10月12日，氣候傾向率為2.15 d/10 a，呈現明顯推遲趨勢；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；平均年最大凍結深度為132.7 cm，氣候傾向率為-1.50 cm/10 a，凍結深度總體呈顯著減小趨勢。

關鍵詞：三江源地區；季節性凍土；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的五大圈層之一，正受到前所未有的挑戰，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地和生態保護區。與北半球同緯度其他凍土區相比，青藏高原上的凍土區是自然生態系統中最敏感、最脆弱地區，有著溫度較高、厚度較薄、熱穩定性較差、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最敏感地區之一[7-12]。因此，研究三江源地區季節性凍土變化特征，對氣候變暖響應規律、生態保護、基建項目等有著積極意義。

1 數據和方法

1.1 研究區概況

三江源地區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”[13]。對于生態而言，該地區有著環境脆弱、地位重要和系統極不穩定三大特點，對我國乃至亞洲的生態屏障安全發揮著重要作用。三江源地區為典型的高原大陸性氣候，表現為冷熱兩季交替，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個常年凍土區測站，以及同德、河南2個由于遷站導致數據不可用測站，共19個站點的1961年1月1日—2020年12月31日的逐日凍土數據，統計出始凍期、解凍期、年最大凍結深度。這些站點呈現中部、南部海拔高，東北部海拔低的特點，均為季節性凍土區，能真實反映出三江源地區季節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，并對其統計檢驗；利用線性趨勢法，研究季節性凍土凍結初始日、融化終止日、最大凍結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 結果與分析

2.1 時間變化特征

1961—2020年，三江源地區季節性凍土的平均凍結初始日為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。其中最早平均凍結初始日為9月27日（澤庫），最晚平均凍結初始日為10月31日（尖扎），首個站點轉為凍結到最后一個站點凍結的時長為34 d。1961—2020年凍結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。相較凍結初始日而言，融化終止日累積距平經歷了提前、推遲、提前3個趨勢階段，突變點分別為1979、1992年。

1961—2020年，三江源季節性凍土年平均最大凍結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；年平均最大凍結深度的累積距平曲線與融化終止日的情況相似，經歷偏小、偏大、偏小3個趨勢階段，時間突變點分別為1979、1998年。三江源季節性凍土區8—9月無凍土，10月開始凍結，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，三江源各地季節性凍土凍結初始日時間跨度較短，土壤在9月27日—10月31日近1個月內完成封凍。東部的澤庫及中部高海拔地區的清水河和瑪多在9月末10月初凍結，為全區最早；東北部低海拔地區的尖扎、貴德、同仁及西南部的囊謙于10月下旬凍結，為全區最晚。除此之外，大部分地區于10月上中旬陸續進入土壤凍結期。

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，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在6月中下旬至7月中旬。

2.3 氣候態的分布特征

世界氣象組織規定，以30年氣候平均值作為一個地區的氣候態。此次研究將1981—2010年作為常年氣候態，對比分析1961—1990年和1991—2020年三江源季節凍土區的新、舊凍土觀測數據的變化情況。

1961—1990年、1981—2010年、1991—2020年3個氣候態凍結初始日分別為10月9日、10月10日、10月15日，新氣候態較前一氣候態推遲6 d。3個氣候態氣候傾向率分別為-0.85、2.77、6.48 d/10 a，前一氣候態凍結初始日呈不顯著提前趨勢，常年氣候態與新氣候態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，最早凍結的是清水河（9月17日），最晚凍結的是尖扎（11月4日），總體上6個站點9月凍結，12個站點10月凍結，1個站點11月凍結，時間跨度為48 d；1981—2010年，最早凍結的是澤庫（9月23日），最晚凍結的是貴德（10月30日），總體有4個站點9月份凍結，15個站點10月凍結，時間跨度為37 d；1991—2020年，最早凍結的是瑪多（9月27日），最晚凍結的是貴德（11月6日），有3個站點9月凍結，15個站點10月凍結，1個站點11月凍結，時間跨度為40 d。從以上數據可以直觀看到凍結初始日是隨著氣候態的推進呈明顯推遲趨勢，大多數站點凍結時間也由原來的10月上中旬推遲到中下旬。

圖1" 三江源地區季節性凍土凍結初始日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。從以上數據可知，融化終止日是隨著氣候態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個氣候態平均年最大凍結深度分別為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" 三江源地區季節性凍土融化終止日1961—1990年（a）、1981—2010年（b）、1991—2020年（c）平均值的空間分布

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

3 結論

（1）1961—2020年三江源季節性凍土區平均凍結初始日多出現于9月下旬至10月下旬，平均凍結初始日為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年代凍結初始日偏早，90年代后期開始，凍結初始日推遲尤為明顯。總體呈現明顯推遲趨勢。

（2）融化終止日較凍結初始日時間跨度長，多出現于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。總體呈較顯著提前趨勢。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年代的年最大凍結深度多偏小，80—90年代的年最大凍結深度多偏大，2000年以來多偏小，年最大凍結深度由1983年的162.2 cm減至2019年的106.7 cm。凍結深度經歷偏小、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）通過前后氣候態之間對比分析，發現凍結初始日（融化終止日）隨氣候變化提前（推遲）趨勢愈發明顯，最新氣候凍結初始日推遲至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，研究方向為預報服務。