吉林省1965～2007年地表溫度的變化趨勢

劉洋 劉濱輝

摘要 利用吉林省20個國家基準(zhǔn)氣象站1965～2007年逐日地表溫度以及氣溫的相關(guān)資料，采用氣候傾向率、相關(guān)分析等統(tǒng)計方法，分析吉林省43年來地表溫度的變化規(guī)律以及地表溫度變化與氣溫之間的關(guān)系。結(jié)果表明，1965～2007年吉林省地表平均溫度、地表最高、地表最低溫度均呈顯著上升趨勢，增幅分別為0.62、0.50、0.85 ℃/10a，且地溫的升溫幅度高于相應(yīng)氣溫的升溫幅度；2000年以后地表平均溫度與平均氣溫之間的變化存在明顯的分化，這主要是由于地表最低溫度的快速上升引起的；地表日較差與氣溫日較差均呈現(xiàn)顯著下降趨勢，地表日較差的下降發(fā)生在2000年之后，氣溫日較差的下降發(fā)生在1985年之前。

關(guān)鍵詞 吉林??；地溫；變化趨勢；晝夜溫差

中圖分類號 S161 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）31-11021-03

Variation Trend of Soil Temperature in Jilin Province during 1965-2007

LIU Yang， LIU Binhui*

（Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150040）

Abstract Using daily 0 cm ground temperature and air temperature from 20 weather stations in Jilin Province for the period from 1965 to 2007， adopting the statistical methods include linear trend and correlation analysis， the variation trend of annual mean soil temperature and the relationship between soil and air temperature were analyzed. The result showed that： from 1965 to 2007 annual mean surface soil temperature， maximum soil surface temperature， minimum soil surface temperature increase significantly with the rate of 0.62， 0.50， 0.85 ℃/10a， respectively， the magnitude rate of change for soil surface temperature is larger than correspondent air temperature； there is an obvious difference between soil surface and air temperature since 2000， which caused by the rapidly increase of the minimum soil surface temperature； the soil surface and air diurnal temperature range reveals rapidly decreasing trend， the period of rapidly decrease of the former occur after 2000 and latter before 1985.

Key words Jilin Province； Soil temperature； Variation trend； Diurnal temperature range

近幾十年全球變化已成為研究的焦點(diǎn)，IPCC報告指出在1906～2005年間地表溫度升高了0.74 ℃，且這種升溫主要集中在近50年，在中高緯度地區(qū)尤為突出^[1-2]。在以往氣候變化的研究中主要側(cè)重于對氣溫與降水的研究，對地溫的研究較少。近年來，地溫的研究越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的重視，Hu等分析了美國北部和西北部10 cm地溫的變化，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)站點(diǎn)地溫均呈現(xiàn)升溫趨勢^[3]；Zhang等通過研究加拿大地溫、氣溫以及降水相關(guān)資料，得出三者存在復(fù)雜的響應(yīng)關(guān)系^[4]。

Ye 瘙 塂 ilrmak通過研究土耳其西部地溫的變化，發(fā)現(xiàn)地溫在4個季節(jié)中均呈現(xiàn)上升的趨勢^[5]。一些學(xué)者也對凍土區(qū)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)凍土層溫度也呈現(xiàn)升高的趨勢^[6-7]。我國有關(guān)地溫方面的研究始于20世紀(jì)90年代，代玉田等對我國淺層地溫進(jìn)行了研究，結(jié)果表明淺層地溫呈現(xiàn)明顯升高趨勢，且氣溫和降水是影響地溫上升的主要原因^[8-9]。也有一些學(xué)者對深層地溫進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)深層地溫也呈現(xiàn)升高趨勢^[10-11]。在以往的研究中主要是針對淺層地溫以及青藏高原地區(qū)的深層地溫進(jìn)行研究，但對吉林省地表溫度的研究比較少。筆者基于吉林省20個站點(diǎn)的地表溫度及氣溫資料，對吉林省地表溫度進(jìn)行分析，以期為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局和結(jié)構(gòu)調(diào)整提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料選取

研究數(shù)據(jù)選取吉林省內(nèi)20個國家基準(zhǔn)氣象站1951～2007年的每日0 cm平均地溫（STmean）、0 cm最高地溫（STmax）和0 cm最低地溫（STmin）、平均氣溫（Tmean）、最高氣溫（Tmax）、最低氣溫（Tmin）資料。大部分氣象站是從1950年初期開始觀測的，由于儀器等相關(guān)問題1951～1964年的數(shù)據(jù)缺失較嚴(yán)重，因此該研究僅采用1965～2007年的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，在這期間數(shù)據(jù)缺失較少，數(shù)據(jù)較完整，缺失數(shù)據(jù)僅占總觀測值的0.09%。

所選取的20個氣象站點(diǎn)在吉林省的空間分布合理，有較好的代表性（圖1）。對于數(shù)據(jù)連續(xù)缺失超過7 d的，采用逐步回歸法進(jìn)行插值，對于數(shù)據(jù)連續(xù)缺失在7 d以內(nèi)的情況則使用簡單的線性插補(bǔ)法。且將插補(bǔ)過的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)的計算結(jié)果進(jìn)行了比對，差異不顯著^[12]。

1.2 分析方法

把整個吉林省作為一個整體，計算年平均值，以年份為自變量、平均地溫為因變量，用一元線性方程y=a0+a1t描述地溫隨時間的變化趨勢，用a1×10表示平均地溫每10年的氣候傾向率^[13]，以分析整個吉林省地表溫度的年際變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 吉林省地表溫度的氣候傾向率

由吉林省1965～2007年地表溫度的氣候傾向率（表1）可知，1965～2007年0 cm平均地溫（STmean）、0 cm最高地溫（STmax）和0 cm最低地溫（STmin）均呈現(xiàn)顯著上升趨勢，增幅分別為0.62、0.50、0.85 ℃/10a，其中STmin增幅最大，STmax增幅最小。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，地表溫度2000年前后的氣候傾向率呈現(xiàn)很大差別，為了更好地了解地表溫度的變化規(guī)律，同時計算了1965～2000年地表溫度的傾向率，總體看STmean、STmax以及STmin在1965～2000的氣候傾向率也均呈現(xiàn)顯著上升趨勢，增幅分別為0.45、0.48、0.55 ℃/10a。對比2個時間段的變化幅度發(fā)現(xiàn)，2個時間段的增幅差呈現(xiàn)STmin>STmean>STmax，其中STmax在2個時間段的增幅差距不大，而STmean和STmin在1965～2007年的增溫幅度比1965～2000年的增溫幅度分別高出0.17、0.30 ℃/10a。由地溫日較差（SDTR）的傾向率也可以明顯看出，2000年以前SDTR的變化還不顯著，但整個時間段SDTR是顯著下降。由此可以看出1965～2000年STmean顯著上升主

要是由于STmax與 STmin的顯著上升，2000年以后則主要是由于STmin顯著上升導(dǎo)致的。

與此相對應(yīng)，吉林省1965～2007年平均氣溫（Tmean）、最高氣溫（Tmax）、最低氣溫（Tmin）均呈現(xiàn)顯著上升趨勢，上升幅度分別為0.45、0.34、0.58 ℃/10a，其中上升幅度最大的為Tmin，上升幅度最小的是Tmax；在1965～2000年間Tmean、Tmax、Tmin的氣候傾向率也均呈現(xiàn)升高趨勢，上升幅度分別為0.47、0.30、0.64 ℃/10a（表1）。對比1965～2007年與1965～2000年氣溫的傾向率可知，其中Tmean、Tmin以及氣溫日較差（DTR）1965～2007年的變化幅度小于1965～2000年的變化幅度，Tmax則呈現(xiàn)相反的規(guī)律，但差距均不大。

對比地溫、氣溫的氣候傾向率可知，整個時間段地表溫度無論是白天還是夜間的升溫幅度均大于氣溫的升溫幅度。1965～2000年除STmax的氣候傾向率大于Tmax外，STmean、STmin均小于Tmean與Tmin的氣候傾向率，2000年以前STmean與Tmean的變化較一致，2000年以后STmean的升溫幅度顯著高于Tmean，這主要是由于2000年以后STmin顯著上升造成的。

2.2 吉林省地表溫度的年際變化規(guī)律

為了更好地了解地溫的長期變化規(guī)律，對時間序列進(jìn)行了九點(diǎn)二次平滑處理。由圖2可知，1965～2007年STmean、STmax、STmin均呈上升趨勢；STmean、STmax的變化大致可分為2個階段，1965～2000年持續(xù)穩(wěn)步上升，2000年以后STmean明顯上升，升溫幅度較大，而STmax變化不大；STmin的變化大致可以分為3個階段，1965～1990年持續(xù)穩(wěn)步上升，1990～2000年基本不變，2000～2007年突然上升；STmax和STmin的這種變化規(guī)律使SDTR的變化也呈階段性，1965～2000年的SDTR基本不變，2000年以后迅速下降。由此進(jìn)一步證實STmean的變化趨勢與STmax、STmin密切相關(guān)，且2000年以后的變化趨勢主要是由于STmin的變化帶來的。

綜上可知，1965～2000年之間STmean與Tmean之間的變化趨勢基本一致，且地溫的升溫幅度稍低于氣溫，但自2000年以后地溫迅速上升，而此階段氣溫基本保持不變。由于STmax、STmin與Tmax、Tmin的隨時間變化規(guī)律存在差異，因此SDTR與DTR的隨時間變化規(guī)律差距也比較大。主要表現(xiàn)為DTR在1965～1985年呈現(xiàn)下降趨勢，SDTR在2000年以后呈現(xiàn)下降趨勢。

2.3 吉林省地表溫度與氣溫的關(guān)系

為了更好地了解地表溫度與氣溫的關(guān)系，對地表溫度與氣溫進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果表明（表2），STmean與STmax、STmin、Tmean、Tmax、Tmin均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)均在0.80以上。其中與STmean的相關(guān)性由強(qiáng)到弱呈現(xiàn)為Tmean> STmin >Tmin> Tmax >STmax，總體看STmean與Tmean的相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.95，STmax、STmin 與氣溫指標(biāo)的相關(guān)性強(qiáng)于與地溫指標(biāo)的相關(guān)性，且STmax與Tmax相關(guān)性最強(qiáng)，STmin與Tmin相關(guān)性最強(qiáng)。與此相對應(yīng)，雖然Tmax 、Tmin與相對應(yīng)的STmax、STmin相關(guān)性最強(qiáng)，但它們與其他氣溫指標(biāo)的相關(guān)性強(qiáng)于地溫指標(biāo)的相關(guān)性，這符合以前的研究結(jié)果^[14]，即氣溫是影響地溫的最主要的氣象因子，且氣溫對地溫的影響強(qiáng)于地溫對氣溫的影響。STmin與STmean的相關(guān)性強(qiáng)于STmax與STmean相關(guān)性，這也可以更好地解釋為何2000年以后STmean變化與STmin比較一致。

SDTR與STmax呈顯著正相關(guān)，與STmin呈顯著負(fù)相關(guān)，進(jìn)一步證實了2000年以后SDTR的下降是由STmax的下降與STmin的上升共同作用的結(jié)果；與此相對應(yīng)，DTR與Tmin呈顯著負(fù)相關(guān)，與Tmax相關(guān)性很弱，進(jìn)一步證實了1985年以前DTR的下降主要是由于Tmin上升導(dǎo)致的。

3 結(jié)論

（1）1965～2007年吉林省STmean、STmax、STmin均呈現(xiàn)顯著上升趨勢，增幅分別為0.62、0.50、0.85 ℃/10a；與此相對應(yīng)，Tmean、Tmax、Tmin也均呈現(xiàn)出顯著上升趨勢，上升幅度分別為0.45、0.34、0.58 ℃/10a，整個時間段地表溫度升溫幅度大于氣溫的升溫幅度。

（2）雖然1965～2007年吉林省STmean、STmax、STmin與Tmean、Tmax、Tmin均呈上升趨勢，但它們隨時間變化的規(guī)律卻存在明顯的差別。主要體現(xiàn)在2000年以后Tmean、Tmax、Tmin均變化不大，同時STmax略微下降，STmean、STmin呈顯著上升趨勢。

（3）1965～2007年吉林省SDTR與DTR均呈顯著下降趨勢，但他們的變化規(guī)律有所不同，SDTR是從2000以后呈顯著下降趨勢，DTR是在1985年之前呈現(xiàn)顯著下降趨勢。

（4）地溫與氣溫的相關(guān)關(guān)系表明，氣溫對地溫的影響強(qiáng)于地溫對氣溫的影響，這也證實了氣溫是主導(dǎo)地溫變化的重要?dú)庀笠蜃印?/p>

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