吉林省凍土深度的地理分布及凍土的季節性變化

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,當土壤溫度低于零度后,土壤開始凍結。凍土期一般始于11月中旬,到翌年5月末(個別年份6月上旬)結束,長達近7個月,最大凍土深度達250cm。凍土對建筑、地下管道工程、農田水利建設及鐵路、公路的修建等都有很大的影響。在農業生產上掌握好土壤的凍融時期,對秋翻地和春播工作都是有益的。本省凍土的分布和變化規律到目前為止,尚無人進行過詳細分析。本文擬利用省內氣象臺站的定點凍土觀測資料進行統計分析,為工農業生產提供必要的信息。我們所用資料為吉林省42個氣象臺站1954—1980年的觀測資料。各深度凍融出現日期按1961—1980年,其極值選自1954—1980年資料統計。本文只考慮第一凍結層,而未考慮第二凍結層。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、積雪期的長短、積雪深度和土壤性質等因素有關。大體呈由東南向西北逐漸加深的趨勢。與地理緯度較為一致。南部較淺,北部較深。最大凍深出現在白城,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深度的不同。就某一地來講,年際間差別愈大,說明最大凍土深度的穩定性就愈差。由統計表明(表1),樺甸年際間差別最大,達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。穩定性都比較差。為進一步了解逐年最大凍土深度的變化規律,下面給出三個不同地點的變化曲線(圖2)。其特點是:通化和白城趨勢基本一致,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。但長春有所不同,50年代末到60年代末其值在平均線上下振動,其后大部在平均值以上。總的來看,逐年間振幅都比較大,很不穩定。1.3土壤溫度的變化,土壤是否穩定統計發現,最大凍土深度與12月平均最低地面溫度有較好的相關性。這里最在凍土深度取負值。其相關系數:白城R=0.3542,α=0.10;通化R=-0.4160,α=0.05;長春R=-0.6457,α=0.001。白城是正相關,通化、長春是負相關。這是因為白城無穩定積雪,所以隨著12月平均最低地面溫度的下降土壤凍深增加,而長春和通化有穩定的積雪期,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,最深值出現在白城,達206cm;其南凍深較淺,最淺值出現在東崗,為74cm(圖3)。2最大凍土深度本省凍土屬季節性變化的土壤物理現象,有開始和結束。圖4列舉五個地點的平均最大凍土深度的年變化曲線。由圖看出,土壤凍結最深值都出現在3月份。這與3月下旬日平均氣溫通過零度時刻相一致。最大凍深的出現約落后于最冷月2個月的時間。土壤向下凍結的速度是比較緩慢的,達到最深值要經過近5個月的時間。3最大融凍時間和區域分布我省地面穩定凍結日期,一般發生在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)。凍土對農業生產是很有意義的,一是可以凍死地下害蟲,減少蟲害的發生;二是可以改善土壤結構。由于凍融,可使土壤變得松軟。給播種等農業活動帶來有利條件。地面穩定融凍日期,多在3月下旬至4月初。集安因偏南,回暖早,3月15日已經開始融凍。敦化由于地勢偏高,也較偏北,氣溫低,融凍日期最晚,遲至4月7日(表2)。10cm穩定凍結日期,一般在11月中、下旬。最早達到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(圖6)。10cm穩定融凍一般在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,對春季播種有著很重要的意義。此層融凍時期,正是春小麥的最佳播種時刻。在這一層土壤中聚集了一定水分,在農業上采取頂漿播種,充分利用融凍水,解決春旱。保證種籽發芽出土,保全苗起到相當積極的作用。30cm穩定凍結日期,在11月下旬到12月上、中旬。最先達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。但總的來看,全省大部相差在20天以內。分布趨勢和地理緯度基本一致(圖7)。時間先后由東南向西北逐漸提前。30cm穩定融凍日期多半出現在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穩定凍結日期一般在12月上、中旬。但白城提前到11月30日。最晚東崗,1月18日才進入50cm凍深。兩地相差49天之多。從行政區劃上看,白城主要發生在12月上旬,長春、吉林、四平、延邊主要發生在12月中旬,通化推遲到12月下旬。總的分布趨勢與地理緯度大致相近(圖8)。50cm穩定融凍日期主要發生在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: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穩定凍結日期除白城地區西北部在12月31日之前,其余基本發生在1月中、下旬。但因積雪等原因的影響,通化地區大部和延邊地區西南少部,穩定凍結達100cm深度不是每年都有出現,只是部分年份達到。100cm穩定融凍日期一般發生在5月上、中旬。但有的地方凍深并沒有達到100cm,有的雖達到100cm,從底部已經融凍。東崗甚至觀測不到50cm融凍日期(表2)。4大陸法系法定分布區域5月10日凍土從開始融凍到完全化通,先后需要2個多月的時間。化通最早的是集安,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。從分布趨勢上看,南部早于北部。化通先后基本與緯度相一致(圖9)。5凍結速度3月20日a常言道,“冰凍三尺,非一日之寒”。土壤凍結到某深度,是經過日積月累實現的。前述中我們知道,穩定凍結日期出現在11月中、下旬。在此之前變化較大,夜間凍白天化,處在不穩定狀態下。統計結果表明,南部達15cm左右,北部達20cm左右,凍結速度開始穩定。爾后,向下凍結速度就沒有凍融突變現象。但就凍土本身變化來看,在整個凍結時期的速度并不是均一的。前期凍結速度較快,當接近最大凍深時凍結速度最慢(圖10)。其凍結速度1月20日之前遵從直線變化規律,1月20日以后遵從曲線變化規律。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速度吉林省凍土屬季節性的,一般從頭年11月開始到第二年5月結束,約有7個月的凍結期。凍土的發生,對農業生產有其重要意義。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。山區積雪深厚,維持時間長,致使凍深較淺。如東崗只有101cm。相反的,無穩定積雪區凍土最深,如白城達250cm。最大凍土深度與12月平均地面最低溫度有較好的相關性。在無穩定積雪區為正相關,有穩定積雪區為負相關。其相關性長春最好,達極顯著水平。平均最大凍土深度出現在3月。從開始凍結至最大凍深,一般需要5個月左