本溪山區(qū)作物生長季耕作層地溫變化的特征分析

高巍等

摘 要：為了探討本溪山區(qū)作物生長季地表及耕作層溫度變化特征，利用本溪市草河口氣象站1953-2014年作物生長季地表溫度、耕層溫度資料，運用數(shù)理統(tǒng)計分析等方法，分析了本溪山區(qū)作物生長季地溫、耕層溫度的變化趨勢及特征。結(jié)果表明：本溪山區(qū)近62a來地表、耕作層溫度呈隨機性升溫趨勢變化，異常高溫年21世紀(jì)初出現(xiàn)次數(shù)較多，異常低溫年多出現(xiàn)在1996年以前；地表和淺層溫度沒有突變現(xiàn)象發(fā)生。

關(guān)鍵詞：淺層地溫；傾向率；異常年；突變檢測

中圖分類號 S162 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2015）05-140-04

Abstract：In order to investigate change characteristics of temperature of ground surface and topsoil during crops growing season in Benxi mountainous area，based on the temperature data of ground surface and topsoil during crop growth season from 1953 to 2014 in caohekou meteorological station. By unitizing statistics analysis methods，temperature tendency and features of ground surface and topsoil during crop seasons were analyzed. The results showed that temperature of ground surface and topsoil during crop growing seasons was stochastic warming trend，unusual high temperature climate occurred more times early 21 century，and extreme cold climate appeared before 1996；The ground surface and topsoil temperature was not mutation phenomenon.

Key words：Shallow layer ground temperature；Tendency rate；Abnormal years；Mutation detection

IPCC第4次評估報告指出，近100a來全球平均氣溫經(jīng)歷了4次大的波動，總體上氣溫呈上升趨勢，但全球氣候變化卻存在明顯的區(qū)域差異[1-4]。地溫是凍土動態(tài)特征的重要標(biāo)志，一定深度的鉆孔地溫曲線可以反映該處凍土的現(xiàn)狀、演變史和變化趨勢。地溫、地溫場是地?zé)岬闹匾獏?shù)之一，是土壤表面吸收太陽輻射后轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥罒崮懿魉偷缴顚拥谋硎?，其變化比氣溫更具有保守性和滯后性。土壤深處存在自身熱量的四季變化，無論是太陽輻射的影響還是地球內(nèi)部自身的熱流變化，在經(jīng)過一段時間后，都必然會對大氣氣候變化產(chǎn)生反饋作用。土壤是一個生物、有機物質(zhì)和礦物質(zhì)構(gòu)成的系統(tǒng)，在自然因素和生產(chǎn)因素的影響下，土壤的性質(zhì)及其微氣象條件會發(fā)生很大變化，這對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。土壤溫度是一個重要的土壤物理性狀，也是重要的農(nóng)業(yè)氣象參數(shù)，影響著土壤中一系列的物理、化學(xué)和生物化學(xué)過程。土壤溫度，尤其地表土壤溫度，是地氣系統(tǒng)中能量與物質(zhì)交換的重要影響因子，是衡量全球溫度變化的一個重要指標(biāo)，影響著陸面與大氣間能量和物質(zhì)的交換，是研究地氣相互作用的重要參數(shù)[5-10]。隨著氣候變暖的加劇，作物地表和耕作層的溫度也隨之變化，這種變化不僅影響土壤物理性質(zhì)、生物學(xué)過程和熱能與交換，并且決定著土壤資源質(zhì)量，從而影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境[11-12]。許多學(xué)者從不同地域地溫變化開展研究[13-15]，如陸曉波[16]研究發(fā)現(xiàn)全國年平均地溫的年代際變化大致經(jīng)歷了3個階段，即地溫下降階段、相對氣候冷期和20世紀(jì)90年代后期的升溫階段；王春玲等[17]研究指出，鄭州地區(qū)0～20cm地溫呈持續(xù)升高趨勢，年平均地溫與冬小麥各發(fā)育期均為負(fù)相關(guān)，且與冬小麥產(chǎn)量正相關(guān)；周紹毅等[18]研究表明，廣西深層地溫各深度年平均溫度呈升溫趨勢變化，并與氣溫、降水密切相關(guān)。因此，研究淺層地溫變化特征，有助于揭示地溫對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的影響，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重要的指導(dǎo)作用。為此，筆者利用草河口氣象站近62a淺層地溫資料，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計分析方法，對本溪山區(qū)農(nóng)作物耕作層地溫變化規(guī)律進行了研究，旨在為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及新農(nóng)村建設(shè)提供科學(xué)的氣象依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源 資料選用本溪市草河口氣象站1953-2014地面0cm、耕作層5cm、10cm、15cm、20cm地溫資料。4～9月為大田作物生長季；1953-2014年逐月平均氣溫資料。年代劃分：20世紀(jì)50年代（1953-1960年）、20世紀(jì)60年代（1961-1970年）、20世紀(jì)70年代（1971-1980年）、20世紀(jì)80年代（1981-1990年）、20世紀(jì)90年代（1991-2000年）、21世紀(jì)初期（2001-2014年）。氣候平均值為1953-2014年62a地溫平均值。

1.2 分析方法

1.2.1 氣候傾向率[19-21]分析 使用一元線性回歸方程來描述淺層地溫的變化趨勢，即[y=a0+a1t]，趨勢變化率[a1]由最小二乘法求得，即[10a1]為氣候傾向率，單位為：℃/10a。

3 結(jié)論與討論

（1）近62a本溪山區(qū)地表溫度和淺層地溫均隨機性波動上升趨勢，氣候傾向率為0.05～0.09℃/10a，未通過顯著性檢驗。說明本溪山區(qū)在氣候變暖背景下，淺層地溫增溫趨勢是不明顯的。

（2）從地表至20cm平均溫度的氣候值依次呈下降趨勢。最高溫度地表出現(xiàn)在1958年，5cm、10cm、15cm出現(xiàn)在2003年，20cm出現(xiàn)在2002年。最低溫度大多出現(xiàn)在1969年，只有10cm溫度出現(xiàn)在1976年。

（3）淺層溫度異常年的出現(xiàn)，由于層次不同，異常年并非完全一致，這可能是由于土壤結(jié)構(gòu)不同，熱量傳到不一致造成的。

（4）經(jīng)過突變檢測分析，本溪山區(qū)作物生長季耕作層地溫未出現(xiàn)突變現(xiàn)象。本溪山區(qū)近62a氣溫呈明顯的升溫趨勢變化，其線性傾向率為0.19℃/10a（通過了0.01顯著性水準(zhǔn)檢驗），地溫升溫趨勢不明顯。說明在本溪地區(qū)在品種引種和品種選種上不要盲目選擇生育期較長的品種，而應(yīng)選擇適合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的品種，確保作物安全生長和成熟。

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（責(zé)編：張宏民）