河西走廊近40年地表土壤冻融状态变化特征

为探究河西走廊地区土壤冻融规律,基于ERA5-LAND逐小时地表温度数据,通过划分不同冻融阶段并结合Mann-Kendall趋势检验及线性回归法,分析河西走廊近40年地表土壤冻融状态变化特征。结果表明:(1)春季过渡期发生天数呈现平原多山区少,总体年均发生天数为65天以上,完全融化期发生天数整体上为北部多于南部,在同一纬度上呈东部多于西部,且发生天数为200天以上的地区不断增加;秋季过渡期年均发生天数最少,为50天左右,完全冻结期发生天数随海拔升高而增加,其中春季过渡期发生天数的空间分布随时间变化较明显。(2)春季过渡期和完全融化期起始日期由北向南逐渐推迟,南北差异最大为90天以上,且不同时期完全融化期起始日期空间分布变化明显。秋季过渡期起始日期与前者相反,由北向南逐渐提前,不同时期空间分布无明显差异。绝大部分地区在12月份进入完全冻结期,高海拔山区在11月份进入完全冻结期。(3)研究区大部分地区春季过渡期起始日期滞后,完全融化期起始日期提前,故春季过渡期发生天数总体以0.2天/年的速率减少,而大部分地区秋季过渡期起始日期滞后,致使完全融化期发生天数以0.3天/年的速率增加。研究区北部完全冻结期发生天数呈增加趋势,而南部祁连山脉一带则呈现减少趋势,完全冻结期起始日期总体以0.03天/年的速率推迟。(4)山地、绿洲和荒漠地区近40年完全融化期发生天数分别以0.393,0.321,0.288天/年的速率增加,起始日期分别以0.134,0.188,0.206天/年的速率提前,完全冻结期发生天数分别以0.353,0.219,0.016天/年的速率减少,起始日期以0.06,0.10,0.01天/年的速率推迟。在全球变暖趋势下,年均气温每升高1℃,完全融化期发生天数增加8.1天,起始日期提前4.53天,完全冻结期发生天数减少9.02天,起始日期推迟3.27天。研究结果可为土壤冻融对气候变化响应相关研究提供理论依据。

基于ERA5-LAND的中国东北地区近地表土壤冻融状态时空变化特征

土壤冻融交替是陆地表层极其重要的物理过程,土壤冻融状态的频繁变化对地气能量交换、地表径流、植被生长、生态系统及土壤碳氮循环等均具有重要的影响。本文基于1981—2019年ERA5-LAND逐小时土壤温度数据,借助GIS空间分析功能,利用Python编程处理分析了中国东北地区近地表土壤冻融状态的时空变化特征。结果表明:从不同冻融状态起始日期的空间分布来看,近地表不同阶段的起始日期主要受纬度和地形的影响,具有明显的纬度地带性和垂直地带性。春季冻融过渡期和完全融化期的起始日期由东南向西北均呈逐渐推迟趋势,而秋季冻融过渡期与完全冻结期起始日期则由东南向西北随纬度升高越来越早。就不同冻融状态发生天数的空间分布而言,研究区南部春季冻融过渡期发生天数多于北部,西部多于东部,年均发生天数均在30 d以内;秋季发生冻融的天数空间差异不大,研究区一半以上的地区年均发生天数在10 d以内。完全融化期发生天数最多,从东南向西北呈逐渐减少趋势,年均发生天数主要介于150~240 d之间;完全冻结期发生天数则由南向北日益增多,其空间分布表现为一向南开口的簸箕形,各地年均发生天数集中于90~180 d之间。从时间变化趋势来看,近年来春季冻融过渡期起始日期以提前趋势为主,而秋季冻融过渡期起始日期总体表现为延后,致使完全融化期发生天数以增加趋势为主,年均变化速度高达0.2 d/a;大兴安岭以西、呼伦贝尔高原以北地区及辽河平原春季冻融过渡期发生天数呈减少趋势,其他地区为增加趋势;大兴安岭以西地区、呼伦贝尔高原以北地区完全融化期起始日期明显提前;松嫩平原和长白山区秋季冻融过渡期起始日期推迟显著,发生天数的变化趋势呈北增南减的空间分异特征;不同地区完全冻结期起始日期的变化趋势差异显著,中部广大的平原区呈不显著的推迟趋势,而大、小兴安岭、长白山、辽东半岛和辽西丘陵则提前进入完全冻结状态;研究区完全冻结期发生天数呈减少趋势,研究区中部的季节冻土区完全冻结期明显变短,年均减少速度大于0.2 d/a。