1961—2020年三江源地区季节性冻土时空分布特征分析

摘 要：选取1961—2020年三江源地区19个气象观测站点的逐日冻土数据，整理出冻结初始日、融化终止日、最大冻结深度，研究三江源季节性冻土始冻期、解冻期、年最大冻结深度的时空分布特征。结果显示：1961—2020年三江源季节性冻土区平均冻结初始日为10月12日，气候倾向率为2.15 d/10 a，呈现明显推迟趋势；1961—2020年平均融化终止日为5月5日，气候倾向率为-1.35 d/10 a，总体呈较显著提前趋势；平均年最大冻结深度为132.7 cm，气候倾向率为-1.50 cm/10 a，冻结深度总体呈显著减小趋势。

关键词：三江源地区；季节性冻土；时空分布；特征分析

中图分类号：P642.14 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）10–0-03

随着全球气候变暖，冰冻圈作为地球气候系统的五大圈层之一，正受到前所未有的挑战，而冻土是冰冻圈中十分重要的组成部分，近年来也受到越来越多的关注。冻土是指温度≤0 ℃含有冰的各种土壤及岩土[1-6]。三江源地区位于青藏高原腹地，是“世界屋脊”和“世界第三极”的一部分，更是我国重要的水源涵养地和生态保护区。与北半球同纬度其他冻土区相比，青藏高原上的冻土区是自然生态系统中最敏感、最脆弱地区，有着温度较高、厚度较薄、热稳定性较差、分布有限且不均匀等特点，因此对气候变化和工程扰动更敏感，是全球气候变化响应最敏感地区之一[7-12]。因此，研究三江源地区季节性冻土变化特征，对气候变暖响应规律、生态保护、基建项目等有着积极意义。

1 数据和方法

1.1 研究区概况

三江源地区位于青藏高原东北部，气候干燥、空气稀薄、含氧量低，被誉为“生命的禁区”[13]。对于生态而言，该地区有着环境脆弱、地位重要和系统极不稳定三大特点，对我国乃至亚洲的生态屏障安全发挥着重要作用。三江源地区为典型的高原大陆性气候，表现为冷热两季交替，干湿两季分明，年温差小，日温差大，日照时间长，辐射强烈，无四季区分的气候特征。年平均气温为-7.0～8.0 ℃。其中，7月平均气温最高为5.9～16.6 ℃；1月平均气温最低，为-16.7～-5.8 ℃。年均降水量为262.2～772.8 mm，其中6—9月降水量约占年总量的75%，多夜雨，夜间降水占55%～66%[14]。

1.2 资料及方法

此次研究选取三江源地区所有国家站（海拔2 001

～6 681 m），剔除沱沱河、五道梁2个常年冻土区测站，以及同德、河南2个由于迁站导致数据不可用测站，共19个站点的1961年1月1日—2020年12月31日的逐日冻土数据，统计出始冻期、解冻期、年最大冻结深度。这些站点呈现中部、南部海拔高，东北部海拔低的特点，均为季节性冻土区，能真实反映出三江源地区季节性冻土冻融分布特征。

此次研究采用线性倾向估计法描述冻土变量在时间变化中升降程度，并对其统计检验；利用线性趋势法，研究季节性冻土冻结初始日、融化终止日、最大冻结深度的增加和减小趋势。用ArcGIS对其特征进行空间插值画图，利用累积距平法确定突变转折点，利用滑动t检验法对比样本是否显著来检验突变情况。

2 结果与分析

2.1 时间变化特征

1961—2020年，三江源地区季节性冻土的平均冻结初始日为10月12日，总体呈明显推迟趋势，气候倾向率为2.15 d/10 a，通过0.001显著性水平检验。其中最早平均冻结初始日为9月27日（泽库），最晚平均冻结初始日为10月31日（尖扎），首个站点转为冻结到最后一个站点冻结的时长为34 d。1961—2020年冻结初始日累积距平曲线总体呈“V”形，谷底突变点在1998年。

融化终止日总体呈较显著提前趋势，1961—2020年平均融化终止日为5月5日，气候倾向率为-1.35 d/10 a，通过0.05显著性水平检验。贵德的3月23日为最早平均融化终止日，清水河的7月12日为最晚平均融化终止日，时间跨度4个月近110 d。相较冻结初始日而言，融化终止日累积距平经历了提前、推迟、提前3个趋势阶段，突变点分别为1979、1992年。

1961—2020年，三江源季节性冻土年平均最大冻结深度最大为清水河的216.9 cm，最小为尖扎的

64.8 cm，平均年最大冻结深度为132.7 cm，气候倾向率为-1.50 cm/10 a，总体呈显著减小趋势，通过0.1显著性水平检验；年平均最大冻结深度的累积距平曲线与融化终止日的情况相似，经历偏小、偏大、偏小3个趋势阶段，时间突变点分别为1979、1998年。三江源季节性冻土区8—9月无冻土，10月开始冻结，翌年1、2月为全年最大值，3月土壤逐渐融化，7月所有站点完全融化。日最大冻结深度的年代际变化在2—3月最显著。

2.2 空间变化特征

1961—2020年，三江源各地季节性冻土冻结初始日时间跨度较短，土壤在9月27日—10月31日近1个月内完成封冻。东部的泽库及中部高海拔地区的清水河和玛多在9月末10月初冻结，为全区最早；东北部低海拔地区的尖扎、贵德、同仁及西南部的囊谦于10月下旬冻结，为全区最晚。除此之外，大部分地区于10月上中旬陆续进入土壤冻结期。

冻土融化终止日在时间跨度上较大，平均融化终止日在3月下旬至7月中旬，同时在异常年份时，2月中旬及8月下旬也偶有出现，大多融化终止时间为4—5月。尖扎、贵德于3月下旬完全融化，东部的同仁、共和、贵南、班玛及西南部的玉树、囊谦在4月完全融化，东北部的兴海、东南部的玛沁、达日、久治及西南部的治多、杂多、曲麻莱在5月完全融化，而泽库、清水河、玛多、甘德最晚融化终止日普遍出现在6月中下旬至7月中旬。

2.3 气候态的分布特征

世界气象组织规定，以30年气候平均值作为一个地区的气候态。此次研究将1981—2010年作为常年气候态，对比分析1961—1990年和1991—2020年三江源季节冻土区的新、旧冻土观测数据的变化情况。

1961—1990年、1981—2010年、1991—2020年3个气候态冻结初始日分别为10月9日、10月10日、10月15日，新气候态较前一气候态推迟6 d。3个气候态气候倾向率分别为-0.85、2.77、6.48 d/10 a，前一气候态冻结初始日呈不显著提前趋势，常年气候态与新气候态呈较显著和明显显著推迟趋势，分别通过0.01和0.001显著性检验。

如图1所示，1961—1990年，最早冻结的是清水河（9月17日），最晚冻结的是尖扎（11月4日），总体上6个站点9月冻结，12个站点10月冻结，1个站点11月冻结，时间跨度为48 d；1981—2010年，最早冻结的是泽库（9月23日），最晚冻结的是贵德（10月30日），总体有4个站点9月份冻结，15个站点10月冻结，时间跨度为37 d；1991—2020年，最早冻结的是玛多（9月27日），最晚冻结的是贵德（11月6日），有3个站点9月冻结，15个站点10月冻结，1个站点11月冻结，时间跨度为40 d。从以上数据可以直观看到冻结初始日是随着气候态的推进呈明显推迟趋势，大多数站点冻结时间也由原来的10月上中旬推迟到中下旬。

图1" 三江源地区季节性冻土冻结初始日1961—1990年（a）、1981—2010年（b）、1991—2020年（c）平均值的空间分布

1961—1990年、1981—2010年、1991—2020年3个气候态融化终止日分别为5月7日、5月9日、5月3日，有着先推迟、后提前的变化特征。3个气候态气候倾向率分别为4.70、-3.61、-7.05 d/10 a，均通过0.001显著性检验。

如图2所示，1961—1990年最早融化的是尖扎（3月19日），最晚融化的是玛多（8月1日），总体上3—8月各月融化的站点分别为1、6、6、4、1、1个，时间跨度为135 d；1981—2010年最早融化的是贵德（3月18日），最晚融化的是清水河（7月14日），总体来说3—8月各月融化的站点分别为2、7、5、3、2个，时间跨度为118 d；1991—2020年最早融化的是贵德（3月14日），最晚融化的是清水河（7月12日），总体来说3—7月融化的站点分别为2、8、6、2、1个，时间跨度为120 d。从以上数据可知，融化终止日是随着气候态推进呈明显提前趋势，同时各站点存在融化时间由前后分散开始向中间的4、5月集中特征。

1961—1990年、1981—2010年、1991—2020年3个气候态平均年最大冻结深度分别为134.1、136.7、131.3 cm，有着先偏大、后偏小变化特征。3个气候态气候倾向率分别为3.18、-6.01、-9.47 cm/10 a。曲麻莱站是1961—1990年气候变化率最大站点，气候倾向率为-25.76 cm/10 a；清水河站是1981—1990气候变化率最大的站点，气候倾向率为-15.22 cm/10 a；兴海站是1991—2020年气候变化率最大的站点，气候倾向率为-27.79 cm/10 a，均通过0.001显著性检验。

图2" 三江源地区季节性冻土融化终止日1961—1990年（a）、1981—2010年（b）、1991—2020年（c）平均值的空间分布

3个气候态平均年最大冻结深度最大的站均为清水河，分别为239.0、223.8、216.0 cm；3个气候态平均年最大冻结深度最小的站均为尖扎，分别为65.5、63.8、64.1 cm。从以上数据可知平均年最大冻结深度随着气候态的推进呈明显变浅趋势[15]。

3 结论

（1）1961—2020年三江源季节性冻土区平均冻结初始日多出现于9月下旬至10月下旬，平均冻结初始日为10月12日，气候倾向率为2.15 d/10 a，通过0.001显著性水平检验。60年代至90年代冻结初始日偏早，90年代后期开始，冻结初始日推迟尤为明显。总体呈现明显推迟趋势。

（2）融化终止日较冻结初始日时间跨度长，多出现于4—5月，平均融化终止日为5月5日，气候倾向率为-1.35 d/10 a，通过0.05显著性水平检验。经历提前、推迟、提前3个趋势阶段，其时间突变点分别为1979、1992年。总体呈较显著提前趋势。20世纪80—90年代初土壤融化终止日多偏晚，1990年后逐渐提前，2011年以来提前最显著。融化终止日自20世纪90年代初期后明显提前。

（3）年平均最大冻结深度最大为清水河的216.9 cm，最小为尖扎的64.8 cm，平均年最大冻结深度132.7 cm，

气候倾向率为-1.50 cm/10 a，通过0.1显著性水平检验。20世纪60—80年代的年最大冻结深度多偏小，80—90年代的年最大冻结深度多偏大，2000年以来多偏小，年最大冻结深度由1983年的162.2 cm减至2019年的106.7 cm。冻结深度经历偏小、偏大、偏小3个趋势阶段，其时间突变点分别为1979、1998年，总体呈显著减小趋势。

（4）通过前后气候态之间对比分析，发现冻结初始日（融化终止日）随气候变化提前（推迟）趋势愈发明显，最新气候冻结初始日推迟至10月15日，融化终止日提前至5月3日，最大冻结深度降低至131.3 cm。

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收稿日期：2024-08-15

作者简介：严继云（1993—），男，青海大通人，工程师，研究方向为预报服务。