青藏高原(下稱高原)作為全球海拔最高地區(qū), 平均海拔在4 000 m以上, 著有“第三極”之稱(), 其對(duì)氣候變化非常敏感, 被認(rèn)為是“全球氣候變化的驅(qū)動(dòng)器與放大器”(; )。高原因其獨(dú)特的氣候條件和地貌單元孕育了大面積的凍土, 根據(jù)最新高原多年凍土分布范圍研究顯示, 多年凍土面積約1.06×10⁶ km², 占區(qū)域總面積的40 %, 季節(jié)凍土約1.46×10⁶ km², 占區(qū)域總面積的56 % ()。近年來(lái), 隨著全球氣候變暖加劇, 高原也表現(xiàn)出快速變暖趨勢(shì)。多年凍土已發(fā)生退化、活動(dòng)層厚度顯著增加(; ; )。在多年凍土區(qū)和季節(jié)凍土區(qū)中, 土壤凍融循環(huán)對(duì)水文和陸地生態(tài)系統(tǒng)具有重要影響, 反過(guò)來(lái), 水文和陸地生態(tài)系統(tǒng)的變化又對(duì)土壤水分和能量平衡產(chǎn)生作用, 從而影響氣候()。由于地-氣間能量和水分交換主要發(fā)生在近地表層, 因此研究近地表凍融狀況非常重要()。近地表土壤凍融狀況是陸面過(guò)程中重要的參數(shù), 它不僅影響土壤與大氣水熱交換(; ), 同時(shí)對(duì)農(nóng)業(yè)()、生態(tài)()、水文()以及土壤碳循環(huán)(; ; )產(chǎn)生直接或間接的影響()。

表征近地表土壤凍融狀況參數(shù)主要有凍結(jié)起始時(shí)間、凍結(jié)結(jié)束時(shí)間、凍結(jié)持續(xù)時(shí)間以及凍結(jié)天數(shù)。傳統(tǒng)上, 研究土壤凍融循環(huán)主要通過(guò)站點(diǎn)監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬的手段(; ; )。如利用氣象站636個(gè)站點(diǎn)的0 cm地表溫度資料, 對(duì)中國(guó)境內(nèi)近地表土壤凍融時(shí)間變化研究發(fā)現(xiàn), 中國(guó)東部和西部的凍融時(shí)間相差較大, 且東部主要受緯度的影響, 而在西部, 海拔起決定因素。使用CLM4.0模式和高分辨率氣象資料研究高原1981-2010年土壤凍融循環(huán)對(duì)氣候變暖的響應(yīng), 發(fā)現(xiàn)凍結(jié)結(jié)束時(shí)間提前速率要快于凍結(jié)開始時(shí)間, 且指出近地表凍融狀況并不能反映深層土壤情況。近年來(lái), 隨著遙感技術(shù)的快速發(fā)展, 使得監(jiān)測(cè)區(qū)域或更大尺度范圍的土壤凍融循環(huán)得以實(shí)現(xiàn), 尤其是被動(dòng)微波的應(yīng)用()。開發(fā)了一套決策樹算法, 利用SSM/I亮溫資料研究了中國(guó)近地表土壤凍結(jié)狀況, 精度高達(dá)91.7 %, 并生成一套共享產(chǎn)品。利用SSM/I亮溫?cái)?shù)據(jù)分析了高原近地表土壤凍融狀況發(fā)現(xiàn), 1988-2007年間, 高原近地表土壤凍結(jié)起始時(shí)間推后, 結(jié)束時(shí)間提前。

雖然目前對(duì)高原地區(qū)的土壤凍融循環(huán)研究較多, 但由于長(zhǎng)時(shí)間序列的日數(shù)據(jù)資料獲取較難, 多數(shù)研究利用短期的野外觀測(cè)資料分析土壤日凍融循環(huán)()。而對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間尺度的近地表土壤季節(jié)凍融循環(huán)研究較少, 且多數(shù)采用遙感和數(shù)值模擬手段(; )。盡管遙感資料相對(duì)于短期野外觀測(cè)具有較長(zhǎng)時(shí)間序列, 但其空間分辨率和精度有待提高()。而由于數(shù)值模式自身存在一定的不確定性, 不同參數(shù)的選取會(huì)直接影響所輸出的結(jié)果, 且模擬結(jié)果的空間分辨率較低, 對(duì)于局地小區(qū)域的模擬可能存在較大誤差()。

近年來(lái), 隨著觀測(cè)站點(diǎn)近地表長(zhǎng)時(shí)間序列的日尺度氣象數(shù)據(jù)公開共享, 研究者開始對(duì)近地表土壤凍融循環(huán)開始深入研究()。但針對(duì)高原地區(qū)長(zhǎng)期近地表土壤凍融循環(huán)的研究較少。為此, 利用1980-2015年長(zhǎng)時(shí)間序列的地面觀測(cè)臺(tái)站資料, 對(duì)高原近地表土壤凍融時(shí)間特征進(jìn)行分析, 深入認(rèn)識(shí)和了解近幾十年高原近地表土壤凍融循環(huán)情況, 為氣候變化提供事實(shí)依據(jù), 同時(shí)也為遙感和數(shù)值模式的驗(yàn)證提供基礎(chǔ)。

所用資料源自中國(guó)氣象局氣象數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn)提供的高原地區(qū)1980年7月1日至2016年6月30日, 共87個(gè)氣象臺(tái)站的0 cm日最低地表溫度及日平均氣溫?cái)?shù)據(jù)。站點(diǎn)主要分布在季節(jié)凍土上, 只有少數(shù)站點(diǎn)在多年凍土區(qū)內(nèi)()。為了保證數(shù)據(jù)的可靠性, 對(duì)所有站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制。對(duì)所有缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行逐個(gè)排查和插補(bǔ), 發(fā)現(xiàn)大部分?jǐn)?shù)據(jù)質(zhì)量很好, 經(jīng)質(zhì)量控制后, 只有部分站點(diǎn)某一天數(shù)據(jù)出現(xiàn)缺失, 為此采用前后兩天數(shù)據(jù)的線性回歸進(jìn)行插補(bǔ)。另外, 排查發(fā)現(xiàn), 有部分站點(diǎn)2014年9月份數(shù)據(jù)缺失, 由于9月份是凍結(jié)開始的重要時(shí)間段之一, 為了保證結(jié)果的可靠性, 對(duì)這些缺失數(shù)據(jù)不進(jìn)行處理, 統(tǒng)計(jì)分析過(guò)程中, 如果凍融時(shí)間出現(xiàn)在2014年9月, 則忽略該年份。為了將一個(gè)連續(xù)的凍結(jié)期包含在一年內(nèi), 且綜合高原獨(dú)特的地質(zhì)氣候特征, 將當(dāng)年的7月1日至次年6月30日定義為一個(gè)完整的凍融循環(huán)年(), 如1980年7月1日至1981年6月30日作為1980年的數(shù)據(jù), 由此形成1980-2015年共36年的資料。為了對(duì)比分析氣溫與土壤凍融循環(huán)的關(guān)系, 將氣溫資料也做以上的處理。

已有大量研究對(duì)如何定義土壤凍結(jié)狀況有許多不同的方法(; ), 但研究土壤凍融循環(huán)方面, 大多數(shù)學(xué)者利用日最低溫度與判斷閾值的關(guān)系來(lái)定義凍結(jié)狀況, 根據(jù)不同的目的, 所選用的閾值不同, 主要有低于-2.2 ℃(完全凍結(jié))和低于0 ℃(可能凍結(jié))的閾值, 歐洲環(huán)境署給定的閾值也是0 ℃()。也有學(xué)者將持續(xù)土壤溫度低于0 ℃來(lái)判斷土壤凍結(jié)狀態(tài)(; )。本文凍結(jié)狀況的定義主要借鑒的方法, 其中凍結(jié)起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間分別為日最低地表溫度小于或等于0 ℃的第一天和最后一天, 為了方便表示, 文中用天的序號(hào)表示, 即一年有365或366天, 1月1日為第1天, 1月2日為第2天, 以此類推; 凍結(jié)持續(xù)時(shí)間指凍結(jié)起始時(shí)間至結(jié)束時(shí)間的天數(shù), 而凍結(jié)天數(shù)指日最低地表溫度小于或等于0 ℃的天數(shù), 凍結(jié)持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)結(jié)束時(shí)間的縱坐標(biāo)為天數(shù), 由于凍結(jié)持續(xù)時(shí)間內(nèi)存在部分日期的日最低地表溫度大于0 ℃的情況, 所以凍結(jié)持續(xù)時(shí)間一般要大于凍結(jié)天數(shù)。之所以選用此方法主要有三方面考慮, 其一是大多數(shù)對(duì)土壤凍融循環(huán)的研究都利用最低土壤溫度; 其二, 高原有大面積凍土分布, 全年地溫較低, 而嚴(yán)格的判定標(biāo)準(zhǔn)很有可能會(huì)忽略一部分的土壤日凍融循環(huán); 其三, 地表作為地-氣能量交換界面, 對(duì)氣候變化非常敏感, 盡管在第一次出現(xiàn)負(fù)溫之后仍然會(huì)出現(xiàn)正溫, 但是最先出現(xiàn)負(fù)溫的這個(gè)時(shí)間對(duì)很多農(nóng)業(yè)生態(tài)過(guò)程具有重要意義。

文中主要采用線性回歸和相關(guān)分析法分析近地表土壤凍融狀況趨勢(shì)變化及其與氣溫、海拔和緯度相關(guān)關(guān)系, 并利用非參數(shù)Mann-Kendall檢驗(yàn)對(duì)凍融時(shí)間變化進(jìn)行突變分析。所有變化趨勢(shì)均利用Pearson檢驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行顯著性檢驗(yàn), 檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有α=0.05和α=0.01兩種, 當(dāng)數(shù)據(jù)通過(guò)以上任意一種顯著性檢驗(yàn), 則認(rèn)為該變化趨勢(shì)顯著。

Mann-Kendall(M-K)檢驗(yàn)是一種非參數(shù)檢驗(yàn)方法, 由于1945年最先提出, 用于檢驗(yàn)氣候變化趨勢(shì), 之后經(jīng)的發(fā)展, 成為一種檢測(cè)氣候突變的方法。M-K檢驗(yàn)不適用于有多個(gè)突變點(diǎn)的時(shí)間序列的檢測(cè), 該方法只能確定其中突變點(diǎn)最為顯著的時(shí)間, 而其他突變點(diǎn)不能被檢測(cè)出()。文中時(shí)間變化序列只有一個(gè)突變點(diǎn), 故用M-K檢驗(yàn)可以較好的檢測(cè)出突變信息。

為高原1980-2015年間凍結(jié)起始時(shí)間、凍結(jié)結(jié)束時(shí)間、凍結(jié)持續(xù)時(shí)間、凍結(jié)天數(shù)變化及其與年平均氣溫變化序列。結(jié)果顯示, 1980-2015年高原年平均溫度呈顯著增溫趨勢(shì), 上升速率為0.04 ℃·a^-1, 凍結(jié)起始時(shí)間以0.72 d·a^-1的速度增加, 凍結(jié)結(jié)束時(shí)間呈顯著下降趨勢(shì), 其變化速率為0.40 d·a^-1, 在凍結(jié)起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間共同作用下, 凍結(jié)持續(xù)時(shí)間呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì), 速率達(dá)到1.13 d·a^-1, 凍結(jié)天數(shù)同樣呈現(xiàn)出下降趨勢(shì), 變化速率為0.93 d·a^-1。整個(gè)研究期間, 凍結(jié)開始時(shí)間推遲約26天, 凍結(jié)結(jié)束時(shí)間提前約14天, 凍結(jié)持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)天數(shù)分別縮短37天和41天左右。過(guò)去36年間, 不同時(shí)段的凍結(jié)時(shí)間有明顯的差異(圖略)。20世紀(jì)80年代, 氣溫處于相對(duì)平穩(wěn)狀態(tài), 因此凍融時(shí)間均沒(méi)有明顯變化。90年代以后, 氣溫開始緩慢上升, 凍結(jié)起始時(shí)間也隨之呈顯著上升趨勢(shì), 速率為1.05 d·a^-1, 凍結(jié)結(jié)束時(shí)間以0.57 d·a^-1速率下降, 凍結(jié)持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)天數(shù)的下降速率分別為1.62 d·a^-1和1.23 d·a^-1。值得注意的是, 在1998年所有凍結(jié)時(shí)間均出現(xiàn)極端變化現(xiàn)象。凍結(jié)起始時(shí)間快速上升, 凍結(jié)結(jié)束時(shí)間、凍結(jié)持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)天數(shù)呈現(xiàn)1980-1998年以來(lái)最小值, 這可能與1997年出現(xiàn)了一次非常強(qiáng)的厄爾尼諾事件有關(guān), 使得次年高原地區(qū)出現(xiàn)氣溫異常增高, 從而造成凍結(jié)時(shí)間出現(xiàn)局部異?，F(xiàn)象。自21世紀(jì)以來(lái), 隨著氣溫的穩(wěn)步上升, 凍結(jié)時(shí)間變化呈現(xiàn)出歷史最高階段。

對(duì)高原近地表土壤凍融時(shí)間進(jìn)行M-K檢驗(yàn)(), 結(jié)果顯示, M-K檢驗(yàn)與時(shí)間序列變化趨勢(shì)表現(xiàn)一致, 但凍融時(shí)間變化均發(fā)生了突變現(xiàn)象。其中, 凍結(jié)開始時(shí)間和凍結(jié)結(jié)束時(shí)間突變點(diǎn)分別發(fā)生于2003年和2002年。研究發(fā)現(xiàn), 2002年之前凍結(jié)開始時(shí)間主要發(fā)生在8月初, 2002年之后主要在9月初期; 凍結(jié)結(jié)束時(shí)間也有類似的規(guī)律, 即2002年之后結(jié)束時(shí)間要明顯早于2002年之前。而凍結(jié)持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)天數(shù)突變時(shí)間分別發(fā)生在1998年和1997年。發(fā)生突變的主要原因可能是1997年爆發(fā)了自20世紀(jì)以來(lái)最強(qiáng)的一次厄爾尼諾事件(), 使得次年氣溫異常升高, 降雨劇增, 土壤溫度也隨之升高。而隨后10年左右, 高原乃至全球出現(xiàn)了氣溫“停滯”現(xiàn)象, 氣溫開始緩慢上升, 局部地區(qū)甚至呈下降趨勢(shì)(; ; )。但是, 許多研究者表明, 這種“停滯”現(xiàn)象在高原地區(qū)并不存在, 1998年之后的氣溫依然處于快速變暖階段(), 21世紀(jì)的氣溫仍處于歷史高峰期, 凍土仍在快速退化(; )。之所以出現(xiàn)四種凍融狀態(tài)突變時(shí)間不一致, 可能與本文用最低溫度定義凍結(jié)時(shí)間有關(guān), 雖然1998年之后的凍結(jié)起始時(shí)間已經(jīng)發(fā)生了變化, 但由于凍結(jié)起始時(shí)間對(duì)最低地溫非常敏感度, 一旦出現(xiàn)小于0 ℃的情況就開始凍結(jié), 而當(dāng)極端事件之前出現(xiàn)過(guò)負(fù)溫, 則這種極端事件很可能會(huì)被忽略, 但隨著時(shí)間的積累, 氣溫緩慢上升, 使得這種突變?cè)?002-2003年發(fā)生。而凍結(jié)持續(xù)時(shí)間在凍結(jié)起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間雙重影響下, 其對(duì)極端氣候變化的敏感度要高, 凍結(jié)結(jié)束時(shí)間則主要是負(fù)溫天數(shù)的累積, 因此對(duì)極端時(shí)間也較敏感, 這可能導(dǎo)致凍結(jié)起始時(shí)間突變事件發(fā)生在2002-2003年, 而凍結(jié)持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)天數(shù)則發(fā)生在1997-1998年。

已有許多學(xué)者采用不同手段監(jiān)測(cè)凍融循環(huán)變化(), 對(duì)比發(fā)現(xiàn), 雖然研究時(shí)間序列和研究地區(qū)不盡相同, 但是都顯示出共同的變化趨勢(shì), 即凍結(jié)起始時(shí)間推遲, 凍結(jié)結(jié)束時(shí)間提前, 凍結(jié)持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)天數(shù)均縮短, 且高原地區(qū)的凍融狀況變化幅度要大于全國(guó)水平, 這與的研究結(jié)果相似。但研究的是整個(gè)中國(guó)區(qū)域, 雖然高原地區(qū)也包含在內(nèi), 但其并沒(méi)有對(duì)高原土壤凍融狀況進(jìn)行詳細(xì)分析, 且在時(shí)間變化趨勢(shì)上, 由于研究區(qū)分布面積較大, 地形復(fù)雜, 對(duì)所有站點(diǎn)進(jìn)行年平均后會(huì)過(guò)濾掉部分信息, 使得整體變化較平緩, 并不能真實(shí)的反映出高原土壤凍融變化情況。為了進(jìn)一步對(duì)比本研究與利用遙感和數(shù)值模式手段分析高原土壤凍融循環(huán)的差別, 分別計(jì)算了1981-2010年和1988-2007年各凍結(jié)狀況的變化。結(jié)果顯示, 本研究計(jì)算出的凍結(jié)起始時(shí)間比遙感技術(shù)和數(shù)值模式方法的結(jié)果分別多約5天和10天, 凍結(jié)結(jié)束時(shí)間比遙感技術(shù)少約7天, 而與數(shù)值模擬結(jié)果相似, 凍結(jié)天數(shù)比遙感技術(shù)結(jié)果少約13天, 凍結(jié)持續(xù)時(shí)間比數(shù)值模擬多了一倍。造成以上結(jié)果主要有三個(gè)因素, 一是不同研究所用數(shù)據(jù)和手段不同; 二是對(duì)于凍結(jié)狀態(tài)的定義不盡相同; 三是遙感數(shù)據(jù)和數(shù)值模式自身存在一定的不確定性, 有高估或低估的可能性。

由高原地區(qū)87個(gè)站點(diǎn)近36年的平均凍融狀況變化的空間分布()可知, 高原中東部地區(qū)凍結(jié)起始時(shí)間較早, 主要發(fā)生在7月, 凍結(jié)結(jié)束時(shí)間較晚, 多數(shù)在6月期間, 該區(qū)域大多數(shù)站點(diǎn)凍結(jié)持續(xù)時(shí)間在300天以上, 部分站點(diǎn)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)350天左右。而東南及西北小部分地區(qū)凍結(jié)起始時(shí)間較晚, 且凍結(jié)結(jié)束時(shí)間較早, 持續(xù)時(shí)間較短, 均不足200天。主要原因是該區(qū)域?qū)儆诩竟?jié)性凍土且海拔較低, 東南部還有少量的未凍土存在, 因此該地區(qū)地溫相比其他地區(qū)要高。雖然凍結(jié)天數(shù)要小于凍結(jié)持續(xù)時(shí)間, 但仍然表現(xiàn)出與其相似的空間分布特征。

從高原觀測(cè)站多年凍融狀況變化速率的空間分布()可以看出, 近36年高原全區(qū)凍融狀況變化表現(xiàn)一致。除個(gè)別站點(diǎn)以外, 幾乎所有站點(diǎn)均顯示為凍結(jié)起始時(shí)間推遲, 結(jié)束時(shí)間提前、持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)天數(shù)縮短, 且多數(shù)站點(diǎn)變化趨勢(shì)顯著, 所占比例分別為76 %, 63 %, 83 %和99 %。局部地區(qū)變化速率略有不同, 東部地區(qū)變化最快, 西部適中, 變化較慢的站點(diǎn)零星分布在中部和南部地區(qū), 但多數(shù)變化并不顯著。值得注意的是, 有個(gè)別站點(diǎn)出現(xiàn)相反的變化趨勢(shì), 如位于高原東部邊緣的小金觀測(cè)站, 其凍結(jié)起始時(shí)間提前、凍結(jié)結(jié)束時(shí)間推遲, 變化趨勢(shì)并不顯著?？赡艿脑蚴? 小金縣是2008年汶川地震重要受災(zāi)區(qū)之一, 受地震的影響, 震后氣溫將明顯下降(), 自2009年以來(lái)該地區(qū)年平均氣溫呈顯著下降。

氣溫是影響地-氣水熱交換的主要因素()。為了揭示高原地區(qū)氣溫對(duì)土壤凍融狀況的影響, 分別對(duì)觀測(cè)站的凍結(jié)起始時(shí)間、凍結(jié)結(jié)束時(shí)間、凍結(jié)持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)天數(shù)與年平均氣溫進(jìn)行相關(guān)性分析()。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 所有凍融時(shí)間與年平均氣溫的相關(guān)性均大于0.9, 且達(dá)到99 %置信水平, 表明氣溫與土壤凍融狀態(tài)有很好的相關(guān)性。受氣溫變暖趨勢(shì)的影響, 高原近地表土壤溫度也隨之上升, 凍結(jié)起始時(shí)間推遲, 結(jié)束時(shí)間提前, 使得凍結(jié)持續(xù)時(shí)間明顯縮短, 凍結(jié)天數(shù)也隨之減少。氣溫每上升1 ℃, 凍結(jié)起始時(shí)間推遲約7.77天, 結(jié)束時(shí)間提前約5.14天, 持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)天數(shù)分別縮短約12.91天和10.85天。而凍結(jié)持續(xù)時(shí)間的縮短造成凍土區(qū)活動(dòng)層厚度逐漸增加, 多年凍土范圍不斷縮小, 使得沉積在多年凍土中的溫室氣體(如CO₂和CH₄等)被釋放到大氣中, 進(jìn)一步加快氣候變暖, 形成一個(gè)正反饋(; )。但氣溫并不能完全解釋土壤凍融變化, 要想全面的揭示土壤凍融狀況, 還需考慮其他諸多因素, 如積雪、土壤水分、植被或人為影響()。前人研究指出, 土壤水分很可能是影響凍融循環(huán)的另一個(gè)主要因素(; )。

提出高原年平均氣溫在空間上表現(xiàn)出“三向地帶性”, 與海拔和緯度有很好的相關(guān)性, 而與經(jīng)度的關(guān)系最弱, 因此對(duì)凍結(jié)起始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)天數(shù)與海拔和緯度的相關(guān)性進(jìn)行分析(, )。研究表明, 高原近地表土壤凍融狀況變化與海拔存在顯著相關(guān), 相關(guān)系數(shù)均在0.6以上, 與緯度的相關(guān)性較弱, 主要原因是高原近地表土壤凍融循環(huán)主要受氣溫的影響, 而高原上的氣溫主要由海拔決定, 高原屬于世界海拔最高地區(qū), 平均海拔約4 000 m(), 所以, 海拔對(duì)土壤凍融循環(huán)的影響較大, 這與許多研究結(jié)果表現(xiàn)一致(; ; )。進(jìn)一步分析海拔與凍融狀況變化的關(guān)系發(fā)現(xiàn), 海拔每上升1 000 m, 凍結(jié)起始時(shí)間提前約26天, 結(jié)束時(shí)間推遲約20天, 持續(xù)時(shí)間增加約47天以及凍結(jié)天數(shù)增加約40天。而根據(jù)氣溫遞減率可知, 一般海拔上升100 m, 氣溫降低約0.6 ℃, 這樣計(jì)算發(fā)現(xiàn), 當(dāng)氣溫降低1 ℃, 凍結(jié)天數(shù)提前約4.33天, 結(jié)束時(shí)間推遲約3.33天, 持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)天數(shù)分別增加7.83天和6.67天。而這種變化顯然小于前文氣溫與凍融時(shí)間關(guān)系所得結(jié)果, 這也證實(shí)了氣溫對(duì)土壤凍融狀況有滯后作用()。

利用1980-2015年高原87個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)的0 cm地表溫度和氣溫?cái)?shù)據(jù), 分析了高原近地表土壤凍融狀況的時(shí)空變化特征, 并探討了凍融狀況與氣溫、海拔和緯度的相關(guān)性。得出以下幾個(gè)結(jié)論:

(1) 近36年高原近地表土壤凍融時(shí)間發(fā)生顯著變化。1980-2015年間, 凍結(jié)起始時(shí)間呈上升趨勢(shì), 變化速率為0.72 d·a^-1, 結(jié)束時(shí)間以0.40 d·a^-1速率下降, 持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)天數(shù)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì), 變化速率分別為1.13 d·a^-1和0.93 d·a^-1。20世紀(jì)90年代以后, 凍融狀況開始波動(dòng)上升, 尤其是凍結(jié)起始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間, 其變化速率分別達(dá)到1.05 d·a^-1和0.57 d·a^-1。在此期間, 凍融時(shí)間變化均發(fā)生了突變現(xiàn)象, 凍結(jié)開始時(shí)間、凍結(jié)結(jié)束時(shí)間、凍結(jié)持續(xù)是時(shí)間和凍結(jié)天數(shù)突變時(shí)間分別發(fā)生在2003, 2002, 1998和1997年。

(2) 空間上, 整個(gè)高原的凍融狀況表現(xiàn)一致, 局部地區(qū)表現(xiàn)略有差異。高原中東部地區(qū)凍結(jié)起始時(shí)間較早, 結(jié)束時(shí)間較晚, 持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)時(shí)間較長(zhǎng); 而在東南部及西北地區(qū)表現(xiàn)相反。變化趨勢(shì)上, 幾乎所有站點(diǎn)均表現(xiàn)為凍結(jié)起始時(shí)間推遲, 結(jié)束時(shí)間提前、持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)天數(shù)縮短, 且大多數(shù)站點(diǎn)變化趨勢(shì)顯著, 個(gè)別站點(diǎn)出現(xiàn)相反變化, 但均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)?？傮w而言, 高原東部地區(qū)凍融時(shí)間變化最快, 西部適中, 變化較慢的站點(diǎn)零星分布在中部和南部地區(qū)。

(3) 凍融時(shí)間與年平均氣溫的相關(guān)性非常顯著, 相關(guān)系數(shù)均大于0.9。氣溫每上升1 ℃, 凍結(jié)起始時(shí)間推遲約7.77天, 結(jié)束時(shí)間提前約5.14天, 持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)天數(shù)分別縮短約12.91天和10.85天。但氣溫對(duì)近地表土壤凍融循環(huán)存在滯后作用。

(4) 近地表土壤凍融時(shí)間變化與海拔存在很好的相關(guān)關(guān)系, 隨著海拔的上升, 凍結(jié)起始時(shí)間顯著提前, 結(jié)束時(shí)間推遲, 持續(xù)時(shí)間和凍結(jié)天數(shù)則表現(xiàn)出增多趨勢(shì); 而與緯度的相關(guān)性較弱。