我国是一个多山的国家,山地及高原面积很广,海拔500米以上的地区占全国总面积的84%;500米以下者仅占16%。
我国地势总的趋势是西高东低,由西至东可分成三个阶梯。西部第一阶梯为青藏高原,海拔4000~5000米,是世界上海拔最高、面积最大、最年轻的高原,素有世界屋脊之称;由青藏高原外围山地到大兴安岭、太行山、伏牛山、雪峰山一线是第二阶梯,由内蒙古高原、黄土高原、云贵高原、四川盆地所组成,海拔1500~2500米左右。在它的西北边有高山环抱的南、北疆盆地(塔里木及准葛尔盆地);东部为第三阶梯,由广大的平原及丘陵组成,自北而南有东北平原、华北平原、江淮平原及东南沿海丘陵,除个别山峰外,海拔一般都在500米下。
由上可知,我国地热东西高差竟达4000~4500米。如此高度巨差与冻土的形成及存在有什么必然的联系呢?下面就说说这个问题。
盛夏时节,登高避暑,这是人们熟知的常识。著名的庐山、黄山等就是因此被人们誉为避暑胜地的。庐山脚下的九江,海拔32.2米,七月最高气温达35~37℃;庐山游览区海拔1100~1200米,午后最高气温平均只有25~26℃,清晨气温低达20℃左右,凉风阵阵,凉爽宜人。正是这样,每当炎暑来临,庐山吸引着八方游客来此观光避暑。
气象资料统计表明,海拔每升高100米,气温便下降0.5~0.6℃。我国西部青藏高原与东部平原丘陵地区,海拔高差4000~4500米。两地区年平均气温相差约20~25度。也就是说青藏高原年平均气温应比大致同纬度的平原、丘陵地区低20~25度。事实也正是如此,现在比较一下同纬度两地区的气温就更清楚了。由表3可以看出,同一纬度的青藏高原风火山的年平均气温比徐州低20.5℃;高原的安多比南京低18.4℃。
表3 同纬度东部平原与青藏高原气温对比
项目 地区 及台站 | 纬度 | 海拔(米) | 一月平均 气温(℃) | 七月平均气温(℃) | 年均气温 (℃) | |
东部平原 | 徐州 南京 | 34°17′ 32° | 41.0 9.0 | -0.4 1.9 | 27.2 28.2 | 14.2 15.4 |
青藏高原 | 风火山 安多 | 34°40′ 32°20′ | 4800 4730 | -18.0 -15.0 | 5.1 7.9 | -6.3 -3.0 |
一般来说,随纬度升高,气温降低。大约每往北一个纬度,年平均气温下降0.9~1.0℃左右。由南京、徐州出发向北走,使其气温降到与安多、风火山相同的纬度大约是北纬50~56℃。也就是说,风火山、安多相当于我国漠河和苏联外贝加尔地区的年平均气温值。很显然,青藏高原就是以巨大的海拔高度赢得了同纬度别处不可能出现的严寒气候条件,使它的年平均气温低达零下1.0~6.0℃。给青藏高原形成和保存多年冻土提供了必要的温度条件。
地表面与大气通过各种传热方式,进行着一系列的热量交换过程。地表不断地接收太阳辐射,同时,又不断地向大气中辐射热量,而大气又将吸收的热量部分的反回到地表。此外,地表与大气还通过下垫面蒸发耗热及水蒸汽凝结放热,进行着热量调节,同时,还有地中热能以传导方式达到地表,参与地表和大气之间的热量交换过程。
尽管地表与大气间的热交换过程十分复杂,但最终结果无非表现为地表吸热或散热。冷半年时,随气温下降,土层逐渐冷却。当土层温降到零度以下时,土层中的水分发生冻结而形成冻土。
地表的吸热或散热,与气温有密切联系当年平均气温为正值时,则地表面一年内表现为吸热量大于散热量。这样的地区冷半年形成的冻土在热半年就会全部融化完,称为季节冻土。相反,如果地表一年中吸热量小于散热量,冷半年形成的冻土层在热半年就不会全部融完而保留一部分。我国东北大、小兴安岭和青藏高原及西部一些山地,正是具备了这样的气温条件,使它们的地表在相当长的时期保持每年散热大于吸热,年复一年形成了现今存在的多年冻土。
在相同气温条件下,不同下垫面(岩性、水分状况、有无植被、坡向等)吸热及散热是不同的,结果形成的冻土也是不一样的。也就是说,多年冻土并非气候这一单一因素的产物。应该看到,温度条件只能决定能否形成多年冻土。具备了低温环境,具体形成怎样的多年冻土,更多的取决于地质地理因素。确切地说,多年冻土的形成及保存,是气候因素和地质地理因素综合作用的产物。
青藏高原和大、小兴安岭,地域辽阔,自然环境复杂多变。由南而北,自东到西,其地貌、岩性、植被、地表水分状况等自然条件有相当大的变化。虽然同处在低温环境,但由于不同地段的下垫面不同,冻土形成及发育特征各自有别。因此,同一地区就会出现这样或那样的不同的冻土条件(分布规律、温度、厚度、冷生组构等)。后面我们将逐渐介绍这方面的情况。