（甘肃省华池县气象局 甘肃华池 745600）
摘要：利用祁连山区9站1960～2004年45年冬季最大冻土资料，分析了祁连山区冬季冻土的时间变化及影响因素，并对比分析了冻土深年和冻土浅年高空环流特征。结果表明：祁连山区冬季最大冻土深度的年际变化呈现逐渐减小趋势，其减小速率为7.11cm/10a，可靠性通过了0.001信度检验；冻土深度与气温是呈反相关关系，冻土深度随气温的升高而减小，气温对祁连山区东部山区影响最为明显，其次是西部山区，影响最小的是中部山区；冻土深年，新疆脊较正常年份强，且偏西，高空气温较正常年份高，而OLR较正常年份强；冻土浅年，新疆脊较正常年份弱，气温较正常年份低，OLR较正常年份弱。
关键词：祁连山区；冬季最大冻土深度；环流特征
引言
祁连山背靠青藏高原，横贯河西走廊全境，被称作河西走廊的“母亲山”，冰雪融水孕育了56条内陆河，汇集而成的石羊河、黑河、疏勒河三大水系造就了河西数千年的富庶与繁荣；然而近年来随着全球升温和人类活动的加剧，祁连山出现了严重的雪线上移、冰川退缩、雪线上移、植被退化、荒漠化加剧、出山径流减少、生物多样性下降等环境退化现象；因此对祁连山的研究关系着河西地区经济社会发展以及国民经济的快速发展。对祁连山区的研究，张强、张良、郭良才等对祁连山区空中水汽分布进行了研究；高艳红等分析了祁连山春季土壤状况；张杰等分析了祁连山区雪面积和雪线高度的变化状况；而目前已有的研究中，对祁连山区冻土的研究并不多见。冬季冻土深度的大小能够影响次年沙尘暴的数量与强度，冬季冻土的深浅能影响次年冬小麦的生育期与产量 ，而本文就祁连山区最大冻土的时间变化、影响冻土变化的物理因素及高空环流特征等方面进行研究。
1．资料来源与处理方法
文章所用的资料为祁连山区北部青海、甘肃省境内的9个站点的最大冻土资料，资料时段为1960～2004年45年冬季最大冻土资料，所选的站点为高台、张掖、民乐、祁连、山丹、永昌、武威、乌鞘岭、永登9站。
本文主要应用趋势系数、线性回归、相关检验、F检验等分析方法。趋势系数表示要素变化的幅度，相关系数检验两个变量相互关系的密切程度，F检验则是检验回归方程的回归效果，若F计算值大于或等于F临界值，则回归方程有意义。
2．祁连山冬季冻土年际变化
利用祁连山区9站平均最大冻土深度的年际变化，即平均最大冻土深度为AVERAGE(1960~2004：各站)，分析其时间变化规律。
1961～2004年间冬季冻土最大深度总体上是波动性减小的，其减小速率为7.11 cm/10a，通过了0.001可靠性检验；1961～1964年的平均冻土深度是逐年减小的，1964～1967年增加，其中1966年较之增加显著，增加率为16.9cm/a，1967～1969年缓慢减小，1970年略有增加后，1970～1972年继续减小，1973年增加，1974年略有减小后，1974～1976年则大幅度增加，至1976年达到冻土深度的最大值，为142.6cm，1976～1978年平均冻土深度急剧减小，尤其1978年的减小率达到年际变化速率的次大值 20.9cm/a，1978～1979年冻土深度剧增，其变化速率到达最大，为21cm/a，1979～1981年是先急剧减小再缓慢减小，1981～1983年是先剧增再缓慢增加，1983-1986年缓慢减小，1986～1988年缓慢增加，1988～1990年先剧减再缓慢减小，1990～1992年缓慢增加，1993年减小后，1993～1995年再次缓慢增加，1996年剧烈减小，减小速率达到20.9cm/a，1996～2002年是锯齿型变化，至2002年，区域平均冻土深度达到最小，为92.2cm，2003年突然增大，2004年再次突然减小到92.2cm。
3．祁连山冬季最大冻土影响因素分析
土壤冻结是土壤中所含水分冻结的一种特有物理现象，这一特有物理特性，使其具有对气候变化敏感性，已有研究指出，决定土壤冻结深度的因子有气温、地温、地面覆盖物、土壤含水量、以及土壤与积雪的热力特性等。本文主要从气温对冻土深度的影响因素进行分析。
选取高台、张掖、武威作为西部、中部、东部代表站(表1)，分析冬季气温对冻土深度的影响。通过各站冬季平均温度对冻土的影响回归分析可以看出，最大冻土深度与气温是呈反相关关系的，冻土深度随气温的升高而减小，随气温的减小而增加，其影响系数为-6.83cm/℃，通过F0.01可靠性检验；气温对祁连山区东西部不同地区的影响能力也不尽相同，回归分析显示，温度对冻土深度的影响是以武威为代表站的东部山区敏感性最高，敏感系数为-10.01 cm/℃，其次是以高台站为代表的西部站，影响系数为-5.94 cm/℃，影响能力最差的是以张掖为代表站的中部山区，为-4.82 cm/℃，均通过了F0.01＝0.01的可靠性检验。
表1 最大冻土深度与气温的响应特征对比（Y为冻土深度，X为冬季平均气温）
A 冻土深年 B 冻土浅年
图1 冻土深年A、冻土浅年B 500hpa高度距平场
冬季500hpa平均高度场上，新疆脊线位于80°E附近，东亚大槽槽线位于140°E以东，西北地区位于新疆脊前和东亚大槽后部的西北气流控制之下。冻土深年的500hpa高度距平场上：20°N以北的高度场上，基本以90～100°E为分界线，以西为较强正距平，在50～60°E、40～50°N有以正距平中心，中心值为30，100°E以东为负距平，140°E以东、40～50°N有一负距平中心，20°N以南为一致的负距平，切距平值向南增大，祁连山区处在0～5正距平区；可以看出，冻土深年，乌拉尔山地区为稳定的高脊，且其与极地高压打通，东亚大槽较也正常年份偏深偏西，致使太梅尔半岛冷空气沿脊向东南滑下，在贝加尔湖堆积，形成较强冷空气爆发，影响最低气温，造成最大冻土深度较正常年份深。冻土浅年的5000hpa图上，70°E 以西、50°N以北的地区有一中心值为25的负距区，其余地方均为正距平，正距平中心在50°E 、30～35°N ，中心值为30，祁连山区为距平值5～10的区域，可以看出，冻土浅年新疆脊较正常年份强且偏东，东亚大槽较正常年份偏弱偏东，新疆脊阻挡了强冷空气的东南移东，使得冬季地面气温偏高，最大冻土深度浅。
4.2 冬季500hpa温度距平场
A 冻土深年 B冻土浅年
图2冻土深年A、冻土浅年B 500hpa温度距平场
冻土深年，贝加尔湖及东北地区北部处于负温度距平控制之下，在110～120°E、55°N附近有一负温度距平中心，中心值为-1.3℃，其余地区均为正温度距平，祁连山区处于正温度距平区中正距平相对小的区域，这说明在最大冻土深年，冷空气在贝加尔湖东北地区堆积，造成强冷空气的爆发，甚至引发寒潮，影响西北地区，从而形成其最低气温低，地面最大冻土深度大。冻土浅年，温度距平呈带状分布，正温度距平区在80°E以西、60°N 向南延伸，且其延伸至25°N时向东、并逐渐向北方向延伸直至35°N，在这一区域中有两个正温度距平中心，分别为位于70°E、25°N中心值为1.3 ℃的正温度距平中心和位于120～140°E、25～30°N中心值为0.9℃的正温度距平中心，并有一细带状在120～130°E附近向北延伸，在70°N附近呈漏斗状向北扩张；其余地方均为负温度距区，祁连山区处于负温度距平控制之下，这说明在冻土浅年，不断有弱冷空气沿新疆脊滑下，影响祁连山区，但由于冷空气强度不大，从而使得高空温度场较常年偏低，但地面最低气温较常年高，从而最大冻土深度较常年浅。
4.3 500hpa OLR距平场
射出长波辐射（OLR）的大小反应了观测地区的气候状况和云覆盖状况，因此利用OLR距平场分析其对冻土深度影响关系的大小。冻土深年的OLR分布状况较为复杂，25°N以南得广大地区均为负OLR距平区；25～40°N，100°E以东为正OLR据平区，有一正距平中心，分中心值为7w/m2, 25～47°N，60～70°E有一正距平中心，中心值为10 w/m2；80°E、40°N有一中心值为6的正距平中心；在80以东、40以北有一负OLR距平区，其有多个负距平中心，最大负距平中心值为-5；祁连山区处于正OLR距平控制之下，说明射出长波辐射强，地面辐射强度大，大气上升运动弱，不利于气流的辐合，有利于地面高值系统的发展。冻土浅年，中国、沿海及蒙古共和国境内大部分地方为负OLR距平区，正距平中心有多个，主要位于35°N附近的中国大陆及沿海一带，新疆有一中心值为-4的负距平中心；青藏高原为正OLR距平控制，在青藏高原的西北部有一值为5的正距平中心，在110°E、40°N及130°E、40°N有零星的正距平区；其余地方为正OLR距平区；祁连山区处于负OLR距平区控制，此时祁连山区射出长波辐射弱，地面辐射弱，高空云系多，从而影响最低地面气温高。
A冻土深年 B冻土浅年
图3冻土深年A、冻土浅年B500hpaOLR度距平场
从高空500Hpa环流场上可以看出，最大冻土深年和最大冻土浅年，高度场、温度场及OLR场的环流配置都比较好：冻土深年，500Hpa环流场上，祁连山区处于高度正距平区、温度正据平区和OLR正距平区，此时乌拉尔山地区为稳定的高脊，且其与极地高压打通，东亚大槽较也正常年份偏深偏西，致使太梅尔半岛冷空气沿脊向东南滑下，冷空气在贝加尔湖东北地区堆积，造成强冷空气的爆发，甚至引发寒潮，影响西北地区，且其射出长波辐射强，地面辐射强度大，大气上升运动弱，不利于气流的辐合，有利于地面高值系统的发展，从而影响其最低气温，造成最大冻土深度较正常年份深；冻土浅年，500Hpa环流场上，祁连山区处于高度正距平区、温度负据平区和OLR负距平区，新疆脊较正常年份强且偏东，东亚大槽较正常年份偏弱偏东，新疆脊阻挡了强冷空气的东南移东，不断有弱冷空气沿新疆脊滑下，影响祁连山区，但由于冷空气强度不大，从而使得高空温度场较常年略偏低，且此时祁连山区射出长波辐射弱，地面辐射弱，高空云系多，从而影响最低地面气温高，从而最大冻土深度较常年浅。
5结 论
祁连山区最大冻土深度的年际变化上，冻土深度是逐渐减小的，其减小速率为7.11cm/10a，可靠性通过了0.001信度检验。
祁连山区最大冻土深度与气温是呈反相关关系的，冻土深度随气温的升高而减小，随气温的减小而增加，其影响系数为-6.83cm/℃，通过F0.01可靠性检验；气温对祁连山区东西部不同地区的影响能力也不尽相同，对东部影响最为明显，其次是西部山区，影响最小的是中部山区。
冻土深年，新疆脊较正常年份强，且偏西，不断有冷空气沿脊滑下，高空气温较正常年份高，而OLR较正常年份强；冻土浅年，新疆脊较正常年份弱，气温较正常年份低，OLR较正常年份弱。
参考文献：
[1]张强,张杰,孙国武,等.祁连山山区空中水汽分布特征研究[J].气象学报:2007,65(4): 633-643.
[2]张良,王式功,尚可政,等.祁连山区空中水资源研究[J].干旱气象: 2007,25(1): 14-20,47.
作者简介：张金垒（1987-）男，汉族，河南临颍人，理学学士，助理工程师，主要从事短期天气预报和气候变化规律应用研究。
论文作者:张金垒
论文发表刊物:《科技研究》2018年11期
论文发表时间:2019/1/24
标签：冻土论文; 祁连论文; 山区论文; 深度论文; 气温论文; 年份论文; 新疆论文; 《科技研究》2018年11期论文;