吉林省冻土深度的地理分布及冻土的季节性变化

吉林省冻土深度的地理分布及冻土的季节性变化

吉林省位于纬度带，四季分明。每年秋末,随着气温迅速下降,土壤温度也很快下降,当土壤温度低于零度后,土壤开始冻结。冻土期一般始于11月中旬,到翌年5月末(个别年份6月上旬)结束,长达近7个月,最大冻土深度达250cm。冻土对建筑、地下管道工程、农田水利建设及铁路、公路的修建等都有很大的影响。在农业生产上掌握好土壤的冻融时期,对秋翻地和春播工作都是有益的。本省冻土的分布和变化规律到目前为止,尚无人进行过详细分析。本文拟利用省内气象台站的定点冻土观测资料进行统计分析,为工农业生产提供必要的信息。我们所用资料为吉林省42个气象台站1954—1980年的观测资料。各深度冻融出现日期按1961—1980年,其极值选自1954—1980年资料统计。本文只考虑第一冻结层,而未考虑第二冻结层。1最大冷冻土深度1.1北缘冻深深翻加大典型冻深本省最大冻土深度的地理分布,与各地冬季温度、积雪期的长短、积雪深度和土壤性质等因素有关。大体呈由东南向西北逐渐加深的趋势。与地理纬度较为一致。南部较浅,北部较深。最大冻深出现在白城,为250cm。最浅为东岗,冻深仅有101cm。两地相差150cm之多。就全省而言,超过200cm的深度并不多,绝大部分在140—200cm之间(图1)。1.2冻土深度的变化由于各年天气气候条件的差异,造成了每年土壤最大冻结深度的不同。就某一地来讲,年际间差别愈大,说明最大冻土深度的稳定性就愈差。由统计表明(表1),桦甸年际间差别最大,达137cm。最小者为乾安,仅差28cm。就全省而言,绝大部分地方年际间变化在60cm以上。稳定性都比较差。为进一步了解逐年最大冻土深度的变化规律,下面给出三个不同地点的变化曲线(图2)。其特点是:通化和白城趋势基本一致,50年代和60年代前期冻深较浅,一般在平均值以下。其后一直到80年代大多在平均值以上。但长春有所不同,50年代末到60年代末其值在平均线上下振动,其后大部在平均值以上。总的来看,逐年间振幅都比较大,很不稳定。1.3土壤温度的变化,土壤是否稳定统计发现,最大冻土深度与12月平均最低地面温度有较好的相关性。这里最在冻土深度取负值。其相关系数:白城R=0.3542,α=0.10;通化R=-0.4160,α=0.05;长春R=-0.6457,α=0.001。白城是正相关,通化、长春是负相关。这是因为白城无稳定积雪,所以随着12月平均最低地面温度的下降土壤冻深增加,而长春和通化有稳定的积雪期,由于积雪的覆盖,起到了保温作用,使土壤变冷受阻。而积雪反射率大,又使地面降温较快。因此,平均地面最低温度越低的年份,土壤最大冻深反而越浅。1.4北冻深深度平均最大冻土深度的分布,大致接近于地理纬度。其趋势由东南向西北逐渐加深。140cm冻深线从东到西贯穿于全省。其北冻深较深,最深值出现在白城,达206cm;其南冻深较浅,最浅值出现在东岗,为74cm(图3)。2最大冻土深度本省冻土属季节性变化的土壤物理现象,有开始和结束。图4列举五个地点的平均最大冻土深度的年变化曲线。由图看出,土壤冻结最深值都出现在3月份。这与3月下旬日平均气温通过零度时刻相一致。最大冻深的出现约落后于最冷月2个月的时间。土壤向下冻结的速度是比较缓慢的,达到最深值要经过近5个月的时间。3最大融冻时间和区域分布我省地面稳定冻结日期,一般发生在11月上、中旬。最早为白城,在11月7日;最晚为集安,在11月19日。两地相差12天。但全省大部相差7天左右,各地比较接近(图5)。冻土对农业生产是很有意义的,一是可以冻死地下害虫,减少虫害的发生;二是可以改善土壤结构。由于冻融,可使土壤变得松软。给播种等农业活动带来有利条件。地面稳定融冻日期,多在3月下旬至4月初。集安因偏南,回暖早,3月15日已经开始融冻。敦化由于地势偏高,也较偏北,气温低,融冻日期最晚,迟至4月7日(表2)。10cm稳定冻结日期,一般在11月中、下旬。最早达到10cm冻深是罗子沟,在11月8日。最晚是临江,在11月28日。两地相差20天。但大多相差在10天以内(图6)。10cm稳定融冻一般在3月末4月初。最早融冻为集安,在3月17日,最晚是罗子沟、敦化,在4月8日。两地相差21天。从分布上看,南部早于北部,西部早于东部(表2)。10cm融冻日期,对春季播种有着很重要的意义。此层融冻时期,正是春小麦的最佳播种时刻。在这一层土壤中聚集了一定水分,在农业上采取顶浆播种,充分利用融冻水,解决春旱。保证种籽发芽出土,保全苗起到相当积极的作用。30cm稳定冻结日期,在11月下旬到12月上、中旬。最先达到这一深度的是白城,在11月21日。最晚是东岗,在12月24日。两地相差32天之多。但总的来看,全省大部相差在20天以内。分布趋势和地理纬度基本一致(图7)。时间先后由东南向西北逐渐提前。30cm稳定融冻日期多半出现在4月上、中旬。但集安早至3月2日。敦化最晚,在4月22日。两地相差24天(表2)。50cm稳定冻结日期一般在12月上、中旬。但白城提前到11月30日。最晚东岗,1月18日才进入50cm冻深。两地相差49天之多。从行政区划上看,白城主要发生在12月上旬,长春、吉林、四平、延边主要发生在12月中旬,通化推迟到12月下旬。总的分布趋势与地理纬度大致相近(图8)。50cm稳定融冻日期主要发生在4月中、下旬。集安最早,为4月8日。敦化最晚,为5月3日。两地相差24天。在4月20日之前融冻的地区:延边东南部、白城、通化、吉林南部。其余在4月20日之后(表2)。100cm稳定冻结日期除白城地区西北部在12月31日之前,其余基本发生在1月中、下旬。但因积雪等原因的影响,通化地区大部和延边地区西南少部,稳定冻结达100cm深度不是每年都有出现,只是部分年份达到。100cm稳定融冻日期一般发生在5月上、中旬。但有的地方冻深并没有达到100cm,有的虽达到100cm,从底部已经融冻。东岗甚至观测不到50cm融冻日期(表2)。4大陆法系法定分布区域5月10日冻土从开始融冻到完全化通,先后需要2个多月的时间。化通最早的是集安,在4月13日。最晚是敦化,在6月8日。两地相差55天之多。但大部仍在5月上、中旬化通。从分布趋势上看,南部早于北部。化通先后基本与纬度相一致(图9)。5冻结速度3月20日a常言道,“冰冻三尺,非一日之寒”。土壤冻结到某深度,是经过日积月累实现的。前述中我们知道,稳定冻结日期出现在11月中、下旬。在此之前变化较大,夜间冻白天化,处在不稳定状态下。统计结果表明,南部达15cm左右,北部达20cm左右,冻结速度开始稳定。尔后,向下冻结速度就没有冻融突变现象。但就冻土本身变化来看,在整个冻结时期的速度并不是均一的。前期冻结速度较快,当接近最大冻深时冻结速度最慢(图10)。其冻结速度1月20日之前遵从直线变化规律,1月20日以后遵从曲线变化规律。1月20日之前可用以下直线方程拟合。方程为:6冻土深度及土壤冻结速度吉林省冻土属季节性的,一般从头年11月开始到第二年5月结束,约有7个月的冻结期。冻土的发生,对农业生产有其重要意义。最大冻土分布与地理纬度基本相一致,呈由东南向西北逐渐加深的趋势。山区积雪深厚,维持时间长,致使冻深较浅。如东岗只有101cm。相反的,无稳定积雪区冻土最深,如白城达250cm。最大冻土深度与12月平均地面最低温度有较好的相关性。在无稳定积雪区为正相关,有稳定积雪区为负相关。其相关性长春最好,达极显著水平。平均最大冻土深度出现在3月。从开始冻结至最大冻深,一般需要5个月左