阿拉善盟地区冻土时空变化特征分析

段凤莲

引 言

气象学中冻土是指含有水分的土壤因温度下降到0℃或以下而呈冻结的状态，是表征当地气象状况和气候特点的气象要素之一，冻土深度以厘米（cm）为单位，在气候监测、农业生产、建筑规划与设计、环境监测、气候分析、科学研究和气象服务等方面发挥着重要作用。阿拉善盟位于内蒙古自治区最西部，属内陆高平原地区，地势南高北低，沙漠戈壁相间，全盟总面积27万平方公里，属于中温带大陆性气候。阿拉善盟是我国北方生态防护的重要屏障，也是气候变化的敏感区。因此，对阿拉善盟的冻土变化规律作一个较为深入细致的分析，有重要研究意义。

一、资料与方法

（一）资料来源

本文采用阿拉善盟地区9个气象观测站1980～2019年观测资料（因迁站影响，其中乌斯太为2008～2019年、孪井滩为2002～2019年资料），选择各站日最大冻土深度、冬季11月至翌年3月平均气温资料。此资料来源于阿拉善盟气象局CIMISS本地化应用系统，资料统计按照《地面气象资料实时统计处理业务规定（2017版）》。

（二）分析方法

笔者利用气候统计方法，分析了最大冻土深度的月、年际特征及稳定性。最大冻土深度的特征分析采用了趋势分析法，主要应用线性回归法对阿拉善盟地区的最大冻土深度进行线性趋势分析。趋势分析法是把最大冻土深度看成是时间函数，趋势方程的一般形式为：y=axi+b，斜率a定义为气候倾向率，表征时间序列的变化趋势。气候倾向率的大小表征变化速度；正负则表征变化方向：a＞0表示呈上升趋势；a＜0表示呈下降趋势，a×10称为气候倾向率，单位为cm/10a或℃/10a。

为分析最大冻土深度的稳定性，计算了各气象站最大冻土深度的变差系数V0。变差系数表示气候值偏离其平均值的程度，是均方差和其均值的百分比。它描述了逐年气象要素分散的程度，是高度集中在某个范围内还是比较均匀地分布在平均值周围。变差系数越大，表明气象要素的稳定性越差。

二、结果与分析

（一）冻土深度的时间变化特征

1.最大冻土深度的月变化

阿拉善盟地区冻土一般在10月开始出现，翌年4月消融，4月和10月冻结不稳定，常为白天融化和夜晚冻结现象，在当年11月中下旬冻结后就不再融化，故将当年11月至翌年3月定义为一个冻土连续时段。1980～2019年多年平均月最大冻土深度出现在2月，为99cm；其次分别为1月的97cm、12月的70cm和3月的51cm，4月最小只有2cm，阿右旗、额济纳旗1月最大，其次为2月，其余地区2月最大，其次为1月。诺尔公站月最大冻土深度变化范围最大，为4～131cm，阿左旗月最大冻土深度变化范围最小为1～82cm。全盟各站最大冻土深度最大值出现在2月上中旬。

2.最大冻土深度的年际变化及稳定性

从阿拉善盟9个气象观测站年最大冻土深度的稳定性、气候倾向率可以得出，乌斯太的最大冻土深度均方差和变差系数最大，为19.99cm和0.213%，其次为吉兰泰18.54cm和0.168%，这说明乌斯太、吉兰泰最大冻土深度的稳定性差；变差系数最小的站是诺尔公，为0.125%，其次分别为阿右旗、额济纳旗，分别为0.127%；0.129%；说明这3个站的最大冻土深度的稳定性是最好的。吉兰泰最大冻土深度以11.3cm/10a的速度加深，诺尔公最大冻土深度以0.34cm/10a的速度加深，其他站均呈一致的变浅趋势，气候倾向率为-0.56～-24.51cm/10a。其中，乌斯太、孪井滩最大冻土深度变浅幅度最大，气候倾向率为-24,51cm/10a和-21.54cm/10a；由于乌斯太、孪井滩资料序列相对较短，还需进一步监测检验。

3.最大冻土深度的年代际变化

在10a尺度上（表1），近40a阿拉善盟7个观测站20世纪80～90年代最大冻土深度除吉兰泰加深外，其他均变浅；20世纪90年代至21世纪00年代最大冻土深度，除诺尔公、阿左旗变浅外，其余地区加深，其中吉兰泰加深较明显；2010～2019年，阿拉善盟9个观测站最大冻土深度额济纳旗、雅布赖、孪井滩、乌斯太变浅明显，诺尔公、吉兰泰加深较明显。这说明阿拉善盟东部（阿左旗）、西部（额济纳旗）地区台站在20世纪80年代平均冻土深度最深，是近40a来最大冻土深度最深的时期。北部（诺尔公、吉兰泰）地区21世纪10 年代加深较明显。

表1 1980～2019年阿拉善盟各站最大冻土深度的年代际变化/cm

（二）冻土深度的空间变化特征

从阿拉善盟1980～2019年各站年极端最大冻土深度、多年平均深度来看，最大冻土深度的空间分布特征为西深东浅，北深南浅。全盟平均最大深度冻土在82～131cm。平均最深为诺尔公、其次为吉兰泰、孪井滩地区，最浅为阿左旗巴彦浩特地区。区域最大冻土深度的最大值出现在诺尔公为170cm，2018年2月14日；区域最大冻土深度最小值出现在阿左旗巴彦浩特为61cm，1990年。

（三）冻土深度对温度变化的响应

阿拉善盟各站11月至翌年3月平均气温呈上升趋势，气温上升率在0℃～11.4℃/10a之间。最大冻土深度和平均气温呈负相关，其中平均气温上升最明显的是乌斯太，上升率为1.43℃/10a，相关系数为0.815。其次是额济纳旗，气温上升率为0.52℃/10a，相关系数为0.623；升温幅度最小的是雅布赖，上升率为0.08℃/10a，相关系数为0.646。相关系数最小为吉兰泰，气温上升率为0.32℃/10a，相关系数为0.037。

三、结论与讨论

1.乌斯太最大冻土深度变差系数最大，说明其最大冻土深度的稳定性最差，其次为吉兰泰；诺尔公最大冻土深度变差系数最小，其次是阿右旗、额济纳旗，说明这3个站最大冻土深度的稳定性较好。

2.1980年以来，阿拉善盟最大冻土深度除吉兰泰最大冻土深度以11.3cm/10a的速度加深，诺尔公最大冻土深度以0.34cm/10a的速度加深，其他站均呈一致的变浅趋势，其中乌斯太最大冻土深度变浅幅度最大，气候倾向率为-24.51cm/10a。

3.在10a尺度上，近40a阿拉善盟20世纪80～90年代最大冻土深度除吉兰泰加深外，其他均变浅；20世纪90年代至21世纪00年代最大冻土深度，除诺尔公、阿左旗变浅外，其余地区均加深；2010年至2019年，阿拉善盟最大冻土深度额济纳旗、雅布赖、孪井滩、乌斯太变浅明显，诺尔公、吉兰泰加深明显。

4.阿拉善盟最大冻土深度的空间分布特征为西深东浅，北深南浅。全盟平均最大深度冻土在82～131cm之间。最深为诺尔公，其次为吉兰泰地区，巴彦浩特地区最浅。

5.阿拉善盟各站11月至翌3月平均气温均呈上升趋势，上升率在0.1℃～1.4℃/10a。气温升温最显著的是乌斯太。冬季平均气温与最大冻土深度均呈负相关，部分站点相关极显著，说明气温是影响最大冻土深度的主要因素。同时，最大冻土深度与纬度、地形、地表植被、土壤性质等多种因素有关，应再深入研究吉兰泰最大冻土深度加深影响因子，更好地在农业生产、建筑规划与设计、环境监测等方面发挥作用。