吉林省凍土深度的地理分布及凍土的季節(jié)性變化

吉林省凍土深度的地理分布及凍土的季節(jié)性變化

吉林省位于緯度帶，四季分明。每年秋末,隨著氣溫迅速下降,土壤溫度也很快下降,當(dāng)土壤溫度低于零度后,土壤開(kāi)始凍結(jié)。凍土期一般始于11月中旬,到翌年5月末(個(gè)別年份6月上旬)結(jié)束,長(zhǎng)達(dá)近7個(gè)月,最大凍土深度達(dá)250cm。凍土對(duì)建筑、地下管道工程、農(nóng)田水利建設(shè)及鐵路、公路的修建等都有很大的影響。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上掌握好土壤的凍融時(shí)期,對(duì)秋翻地和春播工作都是有益的。本省凍土的分布和變化規(guī)律到目前為止,尚無(wú)人進(jìn)行過(guò)詳細(xì)分析。本文擬利用省內(nèi)氣象臺(tái)站的定點(diǎn)凍土觀測(cè)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供必要的信息。我們所用資料為吉林省42個(gè)氣象臺(tái)站1954—1980年的觀測(cè)資料。各深度凍融出現(xiàn)日期按1961—1980年,其極值選自1954—1980年資料統(tǒng)計(jì)。本文只考慮第一凍結(jié)層,而未考慮第二凍結(jié)層。1最大冷凍土深度1.1北緣凍深深翻加大典型凍深本省最大凍土深度的地理分布,與各地冬季溫度、積雪期的長(zhǎng)短、積雪深度和土壤性質(zhì)等因素有關(guān)。大體呈由東南向西北逐漸加深的趨勢(shì)。與地理緯度較為一致。南部較淺,北部較深。最大凍深出現(xiàn)在白城,為250cm。最淺為東崗,凍深僅有101cm。兩地相差150cm之多。就全省而言,超過(guò)200cm的深度并不多,絕大部分在140—200cm之間(圖1)。1.2凍土深度的變化由于各年天氣氣候條件的差異,造成了每年土壤最大凍結(jié)深度的不同。就某一地來(lái)講,年際間差別愈大,說(shuō)明最大凍土深度的穩(wěn)定性就愈差。由統(tǒng)計(jì)表明(表1),樺甸年際間差別最大,達(dá)137cm。最小者為乾安,僅差28cm。就全省而言,絕大部分地方年際間變化在60cm以上。穩(wěn)定性都比較差。為進(jìn)一步了解逐年最大凍土深度的變化規(guī)律,下面給出三個(gè)不同地點(diǎn)的變化曲線(圖2)。其特點(diǎn)是:通化和白城趨勢(shì)基本一致,50年代和60年代前期凍深較淺,一般在平均值以下。其后一直到80年代大多在平均值以上。但長(zhǎng)春有所不同,50年代末到60年代末其值在平均線上下振動(dòng),其后大部在平均值以上?？偟膩?lái)看,逐年間振幅都比較大,很不穩(wěn)定。1.3土壤溫度的變化,土壤是否穩(wěn)定統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),最大凍土深度與12月平均最低地面溫度有較好的相關(guān)性。這里最在凍土深度取負(fù)值。其相關(guān)系數(shù):白城R=0.3542,α=0.10;通化R=-0.4160,α=0.05;長(zhǎng)春R=-0.6457,α=0.001。白城是正相關(guān),通化、長(zhǎng)春是負(fù)相關(guān)。這是因?yàn)榘壮菬o(wú)穩(wěn)定積雪,所以隨著12月平均最低地面溫度的下降土壤凍深增加,而長(zhǎng)春和通化有穩(wěn)定的積雪期,由于積雪的覆蓋,起到了保溫作用,使土壤變冷受阻。而積雪反射率大,又使地面降溫較快。因此,平均地面最低溫度越低的年份,土壤最大凍深反而越淺。1.4北凍深深度平均最大凍土深度的分布,大致接近于地理緯度。其趨勢(shì)由東南向西北逐漸加深。140cm凍深線從東到西貫穿于全省。其北凍深較深,最深值出現(xiàn)在白城,達(dá)206cm;其南凍深較淺,最淺值出現(xiàn)在東崗,為74cm(圖3)。2最大凍土深度本省凍土屬季節(jié)性變化的土壤物理現(xiàn)象,有開(kāi)始和結(jié)束。圖4列舉五個(gè)地點(diǎn)的平均最大凍土深度的年變化曲線。由圖看出,土壤凍結(jié)最深值都出現(xiàn)在3月份。這與3月下旬日平均氣溫通過(guò)零度時(shí)刻相一致。最大凍深的出現(xiàn)約落后于最冷月2個(gè)月的時(shí)間。土壤向下凍結(jié)的速度是比較緩慢的,達(dá)到最深值要經(jīng)過(guò)近5個(gè)月的時(shí)間。3最大融凍時(shí)間和區(qū)域分布我省地面穩(wěn)定凍結(jié)日期,一般發(fā)生在11月上、中旬。最早為白城,在11月7日;最晚為集安,在11月19日。兩地相差12天。但全省大部相差7天左右,各地比較接近(圖5)。凍土對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是很有意義的,一是可以凍死地下害蟲(chóng),減少蟲(chóng)害的發(fā)生;二是可以改善土壤結(jié)構(gòu)。由于凍融,可使土壤變得松軟。給播種等農(nóng)業(yè)活動(dòng)帶來(lái)有利條件。地面穩(wěn)定融凍日期,多在3月下旬至4月初。集安因偏南,回暖早,3月15日已經(jīng)開(kāi)始融凍。敦化由于地勢(shì)偏高,也較偏北,氣溫低,融凍日期最晚,遲至4月7日(表2)。10cm穩(wěn)定凍結(jié)日期,一般在11月中、下旬。最早達(dá)到10cm凍深是羅子溝,在11月8日。最晚是臨江,在11月28日。兩地相差20天。但大多相差在10天以內(nèi)(圖6)。10cm穩(wěn)定融凍一般在3月末4月初。最早融凍為集安,在3月17日,最晚是羅子溝、敦化,在4月8日。兩地相差21天。從分布上看,南部早于北部,西部早于東部(表2)。10cm融凍日期,對(duì)春季播種有著很重要的意義。此層融凍時(shí)期,正是春小麥的最佳播種時(shí)刻。在這一層土壤中聚集了一定水分,在農(nóng)業(yè)上采取頂漿播種,充分利用融凍水,解決春旱。保證種籽發(fā)芽出土,保全苗起到相當(dāng)積極的作用。30cm穩(wěn)定凍結(jié)日期,在11月下旬到12月上、中旬。最先達(dá)到這一深度的是白城,在11月21日。最晚是東崗,在12月24日。兩地相差32天之多。但總的來(lái)看,全省大部相差在20天以內(nèi)。分布趨勢(shì)和地理緯度基本一致(圖7)。時(shí)間先后由東南向西北逐漸提前。30cm穩(wěn)定融凍日期多半出現(xiàn)在4月上、中旬。但集安早至3月2日。敦化最晚,在4月22日。兩地相差24天(表2)。50cm穩(wěn)定凍結(jié)日期一般在12月上、中旬。但白城提前到11月30日。最晚東崗,1月18日才進(jìn)入50cm凍深。兩地相差49天之多。從行政區(qū)劃上看,白城主要發(fā)生在12月上旬,長(zhǎng)春、吉林、四平、延邊主要發(fā)生在12月中旬,通化推遲到12月下旬?？偟姆植稼厔?shì)與地理緯度大致相近(圖8)。50cm穩(wěn)定融凍日期主要發(fā)生在4月中、下旬。集安最早,為4月8日。敦化最晚,為5月3日。兩地相差24天。在4月20日之前融凍的地區(qū):延邊東南部、白城、通化、吉林南部。其余在4月20日之后(表2)。100cm穩(wěn)定凍結(jié)日期除白城地區(qū)西北部在12月31日之前,其余基本發(fā)生在1月中、下旬。但因積雪等原因的影響,通化地區(qū)大部和延邊地區(qū)西南少部,穩(wěn)定凍結(jié)達(dá)100cm深度不是每年都有出現(xiàn),只是部分年份達(dá)到。100cm穩(wěn)定融凍日期一般發(fā)生在5月上、中旬。但有的地方凍深并沒(méi)有達(dá)到100cm,有的雖達(dá)到100cm,從底部已經(jīng)融凍。東崗甚至觀測(cè)不到50cm融凍日期(表2)。4大陸法系法定分布區(qū)域5月10日凍土從開(kāi)始融凍到完全化通,先后需要2個(gè)多月的時(shí)間?；ㄗ钤绲氖羌?在4月13日。最晚是敦化,在6月8日。兩地相差55天之多。但大部仍在5月上、中旬化通。從分布趨勢(shì)上看,南部早于北部?；ㄏ群蠡九c緯度相一致(圖9)。5凍結(jié)速度3月20日a常言道,“冰凍三尺,非一日之寒”。土壤凍結(jié)到某深度,是經(jīng)過(guò)日積月累實(shí)現(xiàn)的。前述中我們知道,穩(wěn)定凍結(jié)日期出現(xiàn)在11月中、下旬。在此之前變化較大,夜間凍白天化,處在不穩(wěn)定狀態(tài)下。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明,南部達(dá)15cm左右,北部達(dá)20cm左右,凍結(jié)速度開(kāi)始穩(wěn)定。爾后,向下凍結(jié)速度就沒(méi)有凍融突變現(xiàn)象。但就凍土本身變化來(lái)看,在整個(gè)凍結(jié)時(shí)期的速度并不是均一的。前期凍結(jié)速度較快,當(dāng)接近最大凍深時(shí)凍結(jié)速度最慢(圖10)。其凍結(jié)速度1月20日之前遵從直線變化規(guī)律,1月20日以后遵從曲線變化規(guī)律。1月20日之前可用以下直線方程擬合。方程為:6凍土深度及土壤凍結(jié)速度吉林省凍土屬季節(jié)性的,一般從頭年11月開(kāi)始到第二年5月結(jié)束,約有7個(gè)月的凍結(jié)期。凍土的發(fā)生,對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有其重要意義。最大凍土分布與地理緯度基本相一致,呈由東南向西北逐漸加深的趨勢(shì)。山區(qū)積雪深厚,維持時(shí)間長(zhǎng),致使凍深較淺。如東崗只有101cm。相反的,無(wú)穩(wěn)定積雪區(qū)凍土最深,如白城達(dá)250cm。最大凍土深度與12月平均地面最低溫度有較好的相關(guān)性。在無(wú)穩(wěn)定積雪區(qū)為正相關(guān),有穩(wěn)定積雪區(qū)為負(fù)相關(guān)。其相關(guān)性長(zhǎng)春最好,達(dá)極顯著水平。平均最大凍土深度出現(xiàn)在3月。從開(kāi)始凍結(jié)至最大凍深,一般需要5個(gè)月左