锡林郭勒盟近58a冻土深度的时空分布特征

锡林郭勒盟近58a冻土深度的时空分布特征赵晓英;高荣 【期刊名称】《《内蒙古气象》》【年(卷)，期】2019(000)005【总页数】5页(P25-28,33) 【关键词】最大冻土深度;时空分布;温度;锡林郭勒盟 【作者】赵晓英;高荣 【作者单位】锡林浩特国家气候观象台内蒙古锡林浩特026000;通辽市气象局内蒙古通辽028000 【正文语种】中文【中图分类】P468.0+21引言气象学中冻土是指含有水分的土壤因温度下降到0°C或以下而呈冻结的状态［1］冻土是一种对温度十分敏感且性质不稳定的土体，在全球变暖背景下，全球气候变 化与冻土圈之间的相互作用受到广泛的关注随着全球气温的升高，内蒙古气温也 出现了显著升高的趋势［2］，随之冻土的气候特征也会发生相应的变化国内夕卜许 多专家学者在研究冻土气候变化特征以及对相关行业的影响方面已做了大量的工作 ［3-9］从已有的文献看，有关内蒙古高原地区冻土研究甚少特别是最大冻土深 度对天气、气候变化的响应研究尚处于起步阶段锡林郭勒盟位于我国北部边陲， 地处115°13'~117°06'E、43°02'~44°52'N之间，东西长六百多公里，南北宽 460km，总面积20.3万km2，草地面积占全盟总面积的97.2%。

属中温带半干 旱、干旱大陆性季风气候寒冷、风沙大、少雨是其主要气候特点，且春季多风易 干旱、夏季温凉雨不均、秋季凉爽霜雪早、冬季寒冷且漫长，是我国北方生态防护 的重要屏障，也是气候变化的敏感区近几年连续出现春夏连旱，且冻土属于季节 性冻土区，有学者指出冻土深度在一定程度上可以作为发生严重干旱的一个相关指 数［10］因此，有必要对锡林郭勒盟的冻土做一个较为深入细致的分析，旨在寻求 冻土变化的规律，以及影响冻土变化的因子文章主要以锡林郭勒盟近58a有完 整记录的11个气象观测站的冻土资料为依据，分析其时空分布及其变化特征，并 进一步分析了最大冻土深度与气温和地温之间的关系，为今后锡林郭勒盟开展与冻 土有关的各类工程建设、矿产开采、农牧业生产、兴建铁路等合理利用气候资源提 供科学依据，同时为冻土后期实行自动观测及预测、预报提供参考1资料与方法1.1资料来源采用锡林郭勒盟1961—2018年冻土观测资料完整的锡林浩特市、东乌珠穆沁旗、 阿巴嘎旗、苏尼特左旗、二连浩特市、苏尼特右旗、正镶白旗、多伦县、镶黄旗、 太仆寺旗、朱日和等11个国家气象站的月最大冻土深度和冬季11月一翌年3月 平均气温和平均地面最低温度资料，此资料来源于内蒙古气象信息中心旗县级综合 业务平台，观测方法遵循《地面气象观测规范》［1］的相关要求。

锡林郭勒盟大部 分旗县冻土在当年11月冻结后就不再融化，为了更好的反映最大冻土深度与气温、 地温的关系，文章将当年11月一翌年3月定义为一个冻土连续时段这些气象站 的观测数据时间序列长，且完整性和连续性较好，能够满足研究需要1.2分析方法利用Excel中的描述分析和气候统计方法，分析了要素的年际特征及稳定性均方 差即标准差，是方差的算术平方根，反映一个数据集的离散程度变差系数是标准 差与其均值的百分比采用最小二乘法线性趋势倾向分析，对各气象要素进行线性 趋势分析趋势法是把各气象要素看成是时间函数，趋势方程的一般形式为： Yt=a0+a1x，式中即以年份x为时间因子，气候要素y为模拟对象，建立y与x 之间的趋势方程al为气候要素变化趋势，若a1>0表示气候要素呈上升趋势， a1<0表示气候要素呈下降趋势，a1x10称为气候倾向率，单位为cm/10a 或^/10a，并对相关系数进行显著性检验［11］2结果与分析2.1冻土深度的时间变化特征2.1.1最大冻土深度的年际变化及稳定性从锡林郭勒盟11个气象观测站1961-2018年最大冻土深度的稳定性、气候倾向 率和相关系数（表1）,可以看出，二连浩特市的最大冻土深度均方差和变差系数 最大，为52.3cm和0.243%，这说明二连浩特市最大冻土深度的稳定性最差；均 方差最小的站是锡林浩特市和多伦县，分别为19.3cm和20.4cm ;变差系数最小 的站是锡林浩特市和苏尼特左旗，分别为0.08%和0.10% ；说明这3个站的最大 冻土深度的稳定性是最好的。

除苏尼特左旗最大冻土深度以5.38cm/10a的速度 加深外，相关系数为0.387 ；其他站均呈一致的变浅趋势，气候倾向率为-0.56~- 16.25cm/10a,其中，东乌珠穆沁旗、二连浩特市最大冻土深度变浅幅度最大， 气候倾向率为-16.25cm/10a 和-15.48cm/10a ;其次是正镶白旗，气候倾向率为- 11.21cm/10a相关系数除锡林浩特市和太仆寺旗均通过0.05以上显著性检验 由于篇幅有限，故选取变化最明显的东乌珠穆沁旗最大冻土深度的年际变化（图 1）表1 1961-2018年锡林郭勒盟各站年最大冻土深度的稳定性、气候倾向率和相 关系数项目东乌珠穆沁旗锡林浩特市阿巴嘎旗苏尼特左旗二连浩特市苏尼特右 旗朱日和镶黄旗正镶白旗太仆寺旗多伦县均方差/cm 36.853 19.349 30.761 23.435 52.290 32.208 23.465 26.798 33.045 26.144 20.482 变差系数/% 0.137 0.080 0.127 0.103 0.243 0.177 0.131 0.160 0.153 0.117 0.130 气候倾向率 /(cm/10a) -16.25 -1.37 -8.44 5.38 -15.48 -9.69 -5.02 -9.61 -11.21 -0.56 - 3.74 相关系数-0.745 -0.120 -0.463 0.387 -0.50 -0.508 -0.361 -0.606 -0.573 - 0.036 -0.309图1 1961-2018年东乌珠穆沁旗最大冻土深度的年际变化2.1.2最大冻土深度的年代际变化在10a尺度上(表2),近58a锡林郭勒盟11个观测站20世纪60—70年代最 大冻土深度加深；从70—80年代除阿巴嘎旗加深外，其余地区变浅；80—90年 代除苏尼特左旗加深外，其余地区也变浅；21世纪00年代最大冻土深度较20世 纪90年代东乌珠穆沁旗变浅明显，锡林浩特市、二连浩特市加深较明显，其余地 区较20世纪90年代变化不大。

2010—2018年最大冻土深度除苏尼特左旗、二 连浩特市、镶黄旗较21世纪00年代略有变浅外，其他台站均加深大部分台站 在20世纪70年代平均冻土深度最深，这说明锡林郭勒盟20世纪70年代是近 58a来最大冻土深度最深的时期表2 1961—2018年锡林郭勒盟各站最大冻土深度的年代际变化/cm时段东乌珠 穆沁旗锡林浩特市阿巴嘎旗苏尼特左旗二连浩特市苏尼特右旗朱日和镶黄旗 正镶白旗太仆寺旗多伦县20世纪60年代298 248 245 210 213 187 181 184 230 213 160 20 世纪 70 年代 303 249 255 222 283 210 193 198 251 239 178 20 世纪 80 年代 290 239 266 219 243 204 191 167 233 237 153 20 世纪 90 年代 247 230 218 241 177 166 170 155 194 213 149 21 世纪 00 年代 230 240 222 238 187 159 167 154 193 216 152 2010—2018 年 241 250 227 236 183 165 169 146 196 228 153 2.1.3最大冻土深度的突变分析对锡林郭勒盟各台站1961—2018年最大冻土深度序列进行Mann-Kendall法突 变检验，如果UF与UB在临界值±1.96（a=0.05）之间有交点，且之后UF上升 超过1.96或下降低于-1.96，则可认为该序列产生了突变，前者表示从低向高突变， 后者表示从高向低突变，并且这个交点就是突变的开端，反之，则认为没有突变产 生。

结果显示：全盟11个站中有5个站发生突变现象（表3），其余均未发生突 变现象各站突变时间各有差异，多伦县变浅的突变时间点最早，出现在1982年， 1990年达到了气候显著性检验，突变之后较之前变浅了 20cm ；另夕卜二连浩特市、 阿巴嘎旗、正镶白旗及苏尼特右旗突变时间都很接近，出现在1989—1991年， 显著变化年分别在1995、2001、1995年和1999年突变后最大冻土深度从一 个相对偏深时期跃变为相对偏浅时期突变之前平均最大冻土深度分别为247、 253、237、200cm，突变之后平均为182、222、194、162cm由此可以进一 步证明了最大冻土深度在近些年里变浅的显著特征为了进一步证明（表3）数据 的可靠性，列出一个站M-K统计（图2）可以看出，曲线UF从20世纪80年 代末开始，阿巴嘎旗最大冻土深度有一个明显的变浅趋势，UF和UB有个交点， 且交点位于0.05的信度之内，相交于1990年，按Mann-Kendall非参数检验法 对时间序列突变点的定义，可以认为在0.05的信度上，阿巴嘎旗最大冻土深度在 1990年发生了突变在2001年通过了显著性检验表3锡林郭勒盟各站最大冻土深度序列M-K突变检验结果站名突变年份显著变 化年突变性质阿巴嘎旗1990 2001变浅二连浩特市1989 1995变浅苏尼特右旗 1991 1999变浅正镶白旗1990 1995变浅多伦县1982 1990变浅 图2 1961—2018年阿巴嘎旗最大冻土深度的M-K统计 2.2冻土深度的空间变化特征从锡林郭勒盟各站1961—2018年各站年极端最大冻土深度的空间分布（图3）, 可以看出，锡林郭勒盟最大冻土深度的空间分布特征为东深西浅，北深南浅。

区域 最大冻土深度的最大值出现在东乌珠穆沁旗为346cm，出现在1969年；区域最 大冻土深度最小值出现在多伦县为199cm，出现在1974年，全盟由北向南，冻 土深度在逐渐变浅图3 1961—2018年锡林郭勒盟最大冻土深度空间分布2.3冻土深度对温度变化的响应2.3.1平均气温对最大冻土深度的影响从锡林郭勒盟11个站1961—2018年11月一翌年3月平均气温、平均地面最低 温度和最大冻土深度的相关系数（表4），从中可以看出：锡林郭勒盟各站11月 一翌年3月平均气温呈上升趋势，气温上升率在0.3 ~0.6°C/10a之间，其中平均 气温上升最明显的是苏尼特右旗，上升率为0.597C/10a,相关系数为0.5684 其次是二连浩特市和阿巴嘎旗，上升率分别为0.562、0.569C/10a,相关系数为 0.4728、0.445 ；升温幅度最小的是苏尼特左旗，上升率为0.399C/10a,相关系 数为0.3439，各站相关系数均通过0.01以上显著性检验，冬季升温极明显 1961—2018年11月到翌年3月最大冻土深度与平均气温的相关系数显示，有8 个站通过了信度为0.1的显著性检验，且均呈负相关。

其中最显著的是正镶白旗， 相关系数为-0.5396 ；其次是东乌珠穆沁旗，相关系数为-0.5335，达到0.001信 度的显著性；其中，苏尼特左旗、朱日和、太仆寺旗未通过显著性检验表4 1961—2018年锡林郭勒盟各站11月到翌年3月气温、地温与冻土的相关系 数注：*为未通过水平在90%及以上的显著性检验平均地面最低温度最大冻土 深度与地温相关系数相关系数相关系数东乌珠穆沁旗0.534 0.477 -0.5335 1.612 0.7344 -0.5175 锡林浩特市 0.445 0.4169 -0.2423 1.543 0.751 0.0548*阿巴嘎 旗 0.569 0.445 -0.2377 1.568 0.6588 -0.2274 苏尼特左旗 0.399 0.3439 0.0141* 0.893 0.5386 -0.051*二连浩特市 0.562 0.4728 -0.2988 0.731 0.539 - 0.2766 苏尼特右旗 0.597 0.5684 -0.3531 0.77 0.65 -0.2156*朱日和 0.483 0.518 -0.2135* 0.921 0.7273 -0.3135 镶黄旗 0.533 0.5635 -0.5132 1.279 0.6271 -0.4239 正镶白旗 0.478 0.5191 -0.5396 1.526 0.6492 -0.4578 太仆寺 旗 0.438 0.5289 -0.1723* 1.109 0.6251 -0.0583* 多伦县 0.533 0.5578 -0.3788 1.559 0.7182 -0.2903台站名称气候倾向率/(^/10a)气候倾向率/(^/10a)平均气 温最大冻土深度与气温相关系数2.3.2平均地面最低温度对最大冻土深度的影响地面温度对季节性冻土有着重要的影响。

从表4可以看出：锡林郭勒盟各站 1961-2018年11月一翌年3月平均地面最低温度呈上升趋势，其中上升幅度最 大的是东乌珠穆沁旗(图4),上升率1.612°C/10a,相关系数为0.7344 ;其次 是阿巴嘎旗和多伦县，倾向率分别为1.568、1.559C/10a,相关系数为0.6588、 0.7182 ;升温最小的是二连浩特市，上升率为0.731C/10a,相关系数为0.539 ; 全盟各站平均地面最低温度上升率在0.7 ~1.6°C/10a,相关系数均通过0.001以 上显著性检验，达到极显著水平冬季地温较气温升温更明显1961—2018年 11月一翌年3月最大冻土深度与平均地面最低温度除锡林浩特市外均呈负相关， 全盟有7个站相关系数均达到了 0.1信度的显著性，其中相关最显著的是东乌珠穆 沁旗，相关系数为-0.5175 ；其次是正镶白旗，相关系数为-0.4578，通过0.001 以上显著性检验锡林浩特市、苏尼特左旗、苏尼特右旗和太仆寺旗的最大冻土深 度与平均地面最低温度相关系数未通过显著性检验图4 1961—2018年东乌珠穆沁旗11月一翌年3月平均地面最低温度、平均气温 的年际变化3结论与讨论(1)1961—2018年二连浩特市的最大冻土深度均方差和变差系数最大，说明二连 浩特市的最大冻土深度的稳定性最差；均方差最小的站是锡林浩特市和多伦县，变差系数最小的站是锡林浩特市和苏尼特左旗，说明这3个站的最大冻土深度的稳定性是最好的。

2)锡林郭勒盟最大冻土深度除苏尼特左旗以5.38cm/10a的速度加深外，其他站均呈一致的变浅趋势，其中东乌珠穆沁旗、二连浩特市变浅幅度最大，气候倾向率 为-16.25cm/10a 和-15.48cm/10a3) 近58a锡林郭勒盟11个观测站最大冻土深度20世纪60—70年代加深； 70—80年代除阿巴嘎旗加深外，其余地区呈年代变浅；80—90年代除苏尼特左 旗加深外，其余地区也变浅；21世纪00年代较20世纪90年代变化不大2010—2018年除苏尼特左旗、二连浩特市、镶黄旗较21世纪00年代略有变浅 外，其他台站最大冻土深度均加深20世纪70年代是近58a来最大冻土深度最 深的时期4) 全盟11个站中有5个站发生突变现象，各站突变时间各有差异，多伦县变浅 的突变时间点最早，出现在1982年，1990年达到了气候显著性检验；二连浩特 市、阿巴嘎旗、正镶白旗及苏尼特右旗突变时间都很接近，突变点出现在1989— 1991年，突变后最大冻土深度从一个相对偏深时期跃变为相对偏浅时期5) 锡林郭勒盟最大冻土深度的空间分布特征为东深西浅，北深南浅最大值出现 在东部的东乌珠穆沁旗，全盟由北向南，冻土深度在逐渐变浅。

6) 锡林郭勒盟各站11月一翌年3月平均气温、平均地面最低温度均呈上升趋势， 全盟平均地面最低温度上升率在0.7 ~1.6°C/10a之间，平均气温上升率在0.3 ~ 0.5oC/10a,58a间冬季地温较气温升温显著地温升温最显著的是东乌珠穆沁旗， 气温升温最显著的是苏尼特右旗11月到翌年3月平均气温、平均地面最低温度 与最大冻土深度均呈负相关，部分站点相关极显著，说明气温、地温是影响最大冻 土深度变浅的主要因素本文只研究了锡林郭勒盟最大冻土深度在时间及空间上的分布，除此之外，最大冻土深度还与地表植被、土壤深层温度、土层含水量及地表积雪覆盖厚度等因素有关，今后应对这些方面再进行深入研究参考文献【相关文献】[1] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社,2003 .[2] 王素仙，张永领，郭灵辉，等.1981-2010年内蒙古气温变化特征及未来趋势预估[J] .气象与环 境科学,2017,40(4) : 114-120 .[3] 陈博,李建平.近50年来中国季节性冻土与短时冻土的时空变化特征[J] .大气科学,2008,32(3): 432-443.[4] 李元华.安月改.河北省冻土气候变化初探[J] .干旱区资源与环境,2005 , 19(6) : 38—42 .[5] 蒲金涌，王位泰.姚小英，等.甘肃陇东地区季节冻土变化对气候变暖的响应[J] .生态学杂志， 2008 , 27(9) : 1562-1566 .[6] 刘小宁，李庆祥.我国最大冻土深度变化及初步解释[J] .应用气象学报,2003,14(3) : 299-308 .[7] 王澄海，董文杰,韦志刚.青藏高原季节性冻土年际变化的异常特征切.地理学报,2001,56(5): 523-531.[8] 程慧艳，王根绪,王一博，等.黄河源区不同植被类型下季节冻土冻融过程中的土壤温湿空间变化[J] .兰州大学学报(自然科学版),2008,44(2) : 15-21 .[9] 包永莲，高荣，尤莉.通辽国家基本气象观测站近50年最大冻土深度变化特征及其与地温和气温 的相关分析[J] .畜牧与饲料科学,2012,33(9) : 11-13.[10] 李秋平，张建国.土壤冻土变化与严重干旱发生概率[J].科技创新与生产力,2013(233) : 61-63 .[11] 黄嘉佑.气象统计分析与预报方法[M]. 3版.北京：气象出版社,2004 : 298 .。