清原县冻土深度特征变化分析

杨静 干昌武 李金倞 肖琦 曹瑞 刘德强

摘要 对清原满族自治县国家基本气象站1962-2020年冻土器观測数据进行分析，得出清原满族自治县冻土深度变化与月平均气温之间的月、年变化特征。将冻土深度的年平均值、月值与月平均（最低、最高）气温等气象因素进行比较分析得到：一般温度越高，冻土深度越浅，反之冻土深度越深。通过比較分析得出清原满族自治县年冻土深度变化与气温呈负相关。

关键词 冻土深度;气温变化;变化特征;负相关

中图分类号：P642.14

文献标识码：A

文章编号：2095-3305（2021）02-082-02

1研究背景与意义

1.1冻土的含义

冻土是指含有水分的土壤因温度下降到0℃以下而成冻结的状态。冻土具有流变性，其长期强度远低于短期瞬时强度特征。正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀和融沉。但随着气候变暖，冻土在不断退化。本文主要对清原满族自治县冻土深度变化进行分析。

1.2研究意义

气温是影响冻土深度的重要因子，随着工业的发展，气温回升、气候变暖已成当今社会环境的主要问题，冻土随之变化的特点成为众多学者的主要研究对象。杨帅等通过对河北省冻土深度和气温、地温的线性关系得出冻土深度与气温、地温呈负相关。高思如等认为西藏地区季节冻土最大冻结深度在时间和空间上具有垂直分带性、纬度地带性和区域性且逐年减薄的特征。郝振纯等认为最大冻结深度和最大积温负相关性显著，最大冻结深度小的地区对气候变暖更加敏感。随着气候的变暖，研究冻土深度对于清原地区的交通建设、管道铺设、铁路运输、农耕活动、预测天气状况等具有重要意义，所以加大对多年来清原地区冻土深度变化的研究力度是十分必要的。因此，本文选取清原满族自治县国家基本气象站为主要研究对象，预测未来清原满族自治县的冻土与气候变化的关系，为清原满族自治县的经济发展、生产生活提供理论建设。

2区域概况与资料选择

2.1区域概况

清原满族自治县是辽宁省抚顺市下辖县，位于辽宁省东部山区，是辽宁省的东大门。清原满族自治县属中温带大陆性季风气候，冬寒夏热，地势东南高、西北低，低山丘陵与河谷交错，中部沿浑河河谷平原向西逐步低缓，是浑、清、柴、柳四大河流的发源地，自然环境良好。

2.2冻土設备介绍

冻土器是观测冻土的仪器，由外管和内管组成。外管为一标有0刻度线的硬橡胶管。内管为一根有厘米刻度的软橡胶管（管内有固定冰柱用的链子），底端封闭，顶端与短金属管、木棒及铁盖相连。内管中灌注当地干净的水（河水、井水、自来水等）至刻度的零线处。

2.3资料选择

资料选取辽东地区极具代表性的清原满族自治县一国家基本气象站1962-2020年观测数据。清原满族自治县国家基本气象站1960-2020年的冬春季节（1-5月、10-12月）均使用冻土器观测冻土，其他月份由于气温过高，无法产生冻土观测数据。在观测期间数据完整且具有良好的代表性。其他数据包括日平均气温、月平均最低气温、月平均最高气温、最深冻土持续天数等。

2.4分析方法

采用线性相关分析等方法，利用清原满族自治县1962-2020年冻土深度与温度的变化来探讨清原地区气温与冻土深度之间的关系，为清原满族自治县交通建设、管道铺设等经济发展活动提供相应建议。

3数据分析与结果

在对清原满族自治县冻土深度与气温关系进行定量研究时，考虑到数据资料的可得性和指标的典型代表性，选取1962-2020年冻土深度变化指标与气温变化指标来衡量全球变暖两者之间的关系。

在全球气候变暖的大趋势下，清原满族自治县气温也随之产生变化，变化幅度较大，由1962年5.0℃跨越到2020年6.9℃，大体变化十分显著，且各年份平均冻土深度也随年份变化逐渐变浅（图1、图2）。

采取1962-2020年12月份、2月份的月平均最低气温与冻土深度数据分析，可知，随着月平均最低气温的变化，冻土深度随之产生负相关的变化，且不同年份的12月份、2月份均呈显著负相关，月平均最低气温越高，冻土深度越浅（图3、图4）。由此可得冻土深度变化与月平均最高气温、月平均气温之间均呈负相关。

采取1962-2020年1ー5月、10一12月的月平均气温及月最大冻土深度变化分析可知，清原满族自治县最深冻土

月份出现在2、3月份，但最低气温出现在1月份（图5、图6）。由实践可得：清原满族自治县主要降雪时间段出现在12月，在地表形成一个较深的、持续时间较长的积雪覆盖面。积雪虽然会对雪被下的物体产生保温作用，但积雪的反射率较大，可以反射更多的太阳辐射，降低地表所接受的太阳辐射强照度，促进和维持冻土层的形成和加深，使清原满族自治县最深冻土出现在2、3月份。地面温度下降至0℃以下，土壤以下开始结冰，形成初始封冻，并在一定时间内持续封冻，这一时期称为冻土持续期。清原满族自治县最大冻土深度为169cm，在1969年3月，由3月20日持续至3月31日;1962-2020年清原满族自治县最深冻土天数的保持期在不断减少，冻土的最大深度随气温的升高而变浅，变化幅度逐渐加剧（图7）。

4结论与建议

4.1结论

（1）清原满族自治县冻土期主要在10月至次年4月，影响冻土的主要时间在11月至次年3月，且与各气象要素之间具有较强的相关性;主要受温度等气象因子的影响，与温度变化呈负相关，即气温越高，冻土深度越浅，最大值主要出现在2、3月份;最深冻土的持续时间逐年减少，冻土深度的变化也反映气温的变化，两者关联性强。

（2）清原满族自治县最低气温主要出现在1月份，最深冻土主要出现在2、3月份。由于地表覆盖较深的积雪，而积雪对太阳辐射反射率较强，降低地表原本所能接收的太阳辐射照度，致使雪被下温度日变化幅度较小，地表温度较最低温度变化幅度较小，促进冻土层生成且不易随雪被上气温的升高而融化，使清原满族自治县最深冻土出现在2、3月份。

4.2建议

随着全球气候变暖趋势的加剧，各气象因子也在发生变化，会对环境、经济发展、社会建设、农业活动产生不同的影响。对于工业建设而言，冻土期变短，温度上升对建筑的承受力、时间以及损坏程度都会产生有利影响，但对于农业而言，冻土层变浅则会增加病虫成活率，加大农作物的致灾率田。所以冻土层的变化对不同的行业有利有弊，不可言概之，所以要掌握冻土层的深浅程度以及变化情况及其与温度和其他气象因子之间的关系来开展社会建设活动。

参考文献

[1]杨帅，侯奇奇，耿雪莹，等，1974-2016年河北省最大冻土深度及其与温度的关系[J]干早气象，2020（3）：380-387

[2]高思如，曾文钊，吴青柏，等.1990-2014年西藏季节冻土最大冻结深度的时空变化[J]冰川冻土，2018（2）：223230.

[3]邡振纯，王晓燕，侯艳茹，等，黄河源区季节冻土最大冻结深度估算方法[J]水电能源科学，2013（5）：73

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[4]宗艳伟，宗英飞，辽宁西部地区冻土深度特征变化[J].宁夏农林科技，2013（3）：56-58

责任编辑：黄艳飞