貴港土壤水分觀測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用與分析

許藝馨，劉怡明，梁聰

（貴港市氣象局，廣西貴港　537100）

貴港土壤水分觀測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用與分析

許藝馨，劉怡明，梁聰

（貴港市氣象局，廣西貴港537100）

通過對(duì)貴港市三個(gè)土壤水分自動(dòng)站（貴港、桂平、平南）2014年的1月1日-12月31日的10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、80cm、100cm、共8個(gè)層次的土壤體積含水量的分析，找出貴港土壤水分的時(shí)間變化特征。

土壤水分；天氣類型；季節(jié)

1　資料和方法

1.1研究資料

本研究所用的貴港土壤水分觀測(cè)數(shù)據(jù)為貴港、桂平、平南三個(gè)觀測(cè)站10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、80cm、100cm共8個(gè)層次的土壤體積含水量，時(shí)間為2014年1月1日--2014年12月31日。觀測(cè)儀器為華云公司生產(chǎn)的DZN3自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀，采用頻域反射法，數(shù)據(jù)采樣頻率為1次/ min。儀器自動(dòng)測(cè)量結(jié)果為土壤體積含水量，根據(jù)土壤水文、物理常數(shù)和相關(guān)公式可計(jì)算出土壤重量含水率（%）、土壤相對(duì)濕度（%）、土壤水分總貯存量（mm）和土壤有效水分貯存量（mm）。本文的土壤水分含水量定義為土壤體積含水量，其范圍為0%-50%。

1.2研究方法

本文利用MicrosoftExcel軟件的VBA編程工具對(duì)貴港各站土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算，并利用MicrosoftExcel軟件進(jìn)行圖表顯示。參考天氣學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，以日照時(shí)數(shù)和降水量作為劃分依據(jù)（表1），將貴港地區(qū)的天氣劃分為晴天、陰天、多云和雨天四種天氣類型，同時(shí)定義3-5月為春季，6-8月為夏季，9-11月為秋季，12月-次年2月為冬季。首先，分析了貴港土壤水分的逐月變化特征，特別是在不同天氣類型土壤水分的逐月變化的異同點(diǎn)，然后分析了不同天氣類型土壤水分的季節(jié)變化特征，以及不同季節(jié)各天氣類型的土壤水分變化特點(diǎn)。

采用距平百分率作為統(tǒng)計(jì)量對(duì)土壤體積含水量進(jìn)行處理，并分析其逐月變化特征。樣本距平百分率表示為

式中，M為距平百分率，xi為某要素序列的一個(gè)樣本，x為該要素序列樣本的平均值。

2　結(jié)果與分析

2.1土壤水分逐月變化特征

表1　天氣類型劃分標(biāo)準(zhǔn)

圖1　貴港各層土壤水分逐月變化特征

貴港各層土壤含水量的逐月變化見圖1。由圖1a可知，20cm土壤含水量最高，在34.1%～49.1%間波動(dòng)，10cm土壤含水量最低，30cm土壤含水量次高。從全年趨勢(shì)看，各層土壤含水量均呈不同程度的降低-升高-降低的趨勢(shì)。

由圖1b可以看出土壤含水量距平百分率變化情況，30cm土壤含水量距平百分率逐月波動(dòng)最大，7月的最高值和2月的最低值相差17個(gè)百分點(diǎn)，隨著深度的增加各層逐月波動(dòng)趨勢(shì)逐漸變緩，80cm土壤含水量逐月波動(dòng)最小，各層土壤含水量逐月波動(dòng)的趨勢(shì)基本一致：1-2月、7-12月為土壤含水量下降期，2-6月為土壤含水量上升期。

2.2不同天氣類型土壤水分的逐月變化

根據(jù)表1天氣類型劃分標(biāo)準(zhǔn)，貴港2、3月份沒有晴天，7、8月份沒有陰天。

不同天氣類型土壤水分的逐月變化如圖2。

10cm四種天氣類型下土壤體積含水量逐月波動(dòng)趨勢(shì)基本一致，總體均呈先增高后降低趨勢(shì)，6月為年內(nèi)土壤含水量的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。晴天、多云、陰天和雨日的土壤含水量最高值均出現(xiàn)在6月，最低值均出現(xiàn)在1月。陰天在6月出現(xiàn)了全年最高值30.6%。

20cm各天氣類型土壤水分也呈先增高后降低趨勢(shì)，但比起10cm趨勢(shì)明顯波動(dòng)幅度偏大，土壤含水量值增大，較為明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)出現(xiàn)在6月。

30cm各天氣類型1-6月份、9-12月份土壤水分變化與20cm相似，但土壤含水量比20cm略低；在晴天和雨日中，6、7、8月份（夏季）的土壤含水量是增加的，與10cm、20cm中夏季的土壤含水量減少的趨勢(shì)相反。土壤水分含量的距平百分率在各層次中振幅最大，晴天土壤含水量距平百分率最大值和最小值分別為4.2%和-2.2%，分別出現(xiàn)在11月和12月；多云天氣距平百分率最大值為2.4%，出現(xiàn)在3月，最小值-4.5%，出現(xiàn)在7月；陰天和雨天的距平百分率振幅不如晴天和多云明顯。

40cm各天氣類型下土壤含水量總體趨勢(shì)與其他層次一致，但波動(dòng)振幅比起10cm-30cm明顯減小，距平百分率絕對(duì)值不超過2%，1-6月和8-10月各天氣類型逐月波動(dòng)趨勢(shì)一致。

50cm-100cm各天氣類型土壤含水量趨于更平穩(wěn)的趨勢(shì)，波動(dòng)很小，其中80cm的距平百分率絕對(duì)值最小，僅0.4%。從土壤含水量距平百分率年較差來看，50cm-100cm各天氣類型的排序基本一致，從大到小依次為晴天、多云、陰天、雨日。

2.3不同天氣類型土壤水分的季節(jié)變化

在晴天里（圖3a），春季土壤含水量相對(duì)較高，10cm和20cm層均出現(xiàn)各季節(jié)最高值；夏季土壤含水量在30cm-100cm層為各季節(jié)最高值；秋季各層土壤含水量相對(duì)較低。冬季土壤含水量在各層為最低值。晴天的春季和秋季的土壤含水量居各天氣類型中對(duì)應(yīng)季節(jié)和層次最高值。

多云的天氣中（圖3b），春季層均土壤含水量為38.2%，為各季節(jié)最高；夏季土壤含水量在10cm、20cm、100cm層為次高值，在30cm-60cm層為最高值；秋季各層土壤含水量相對(duì)較低；冬季土壤含水量在所有層為各季節(jié)最低值。

圖2　貴港不同天氣類型下各層土壤水分逐月變化特征

陰天時(shí)（圖3c），春季8個(gè)層次土壤含水量均為各季節(jié)最高，層均土壤含水量可達(dá)37.9%；夏季略低于春季，秋季各層土壤含水量次低，冬季各層土壤含水量最低。層次越深，土壤含水量差別越小。

雨天中夏季的土壤含水量均高于其他季節(jié)的土壤含水量，同時(shí)，雨天的夏季各層次土壤含水量也均高于其他天氣類型下對(duì)應(yīng)季節(jié)和層次的土壤含水量（圖3d）；春季土壤含水量在20cm-100cm層為各天氣類型下對(duì)應(yīng)層次的最低值。

從總體來看，各種天氣類型下同一季節(jié)各層土壤含水量的關(guān)系大致為20cm含水量最高，10cm含水量最低，30cm含水量為次高；多云和陰天天氣各季節(jié)土壤含水量的分布比較相似；陰天在不同季節(jié)土壤含水量差異最小，雨日的各季節(jié)土壤含水量差異最為明顯。

2.4不同季節(jié)各天氣類型的土壤水分變化

春季中（圖略）晴天各層次土壤含水量均為最高，層均土壤含水量達(dá)38.6%；多云天氣土壤含水量各層次為次高值；陰天土壤含水量除在10cm層為最低值外；雨日的20cm-100cm為各天氣類型土壤含水量的最低值。

圖3　貴港不同天氣類型下各層土壤水分季節(jié)變化特征

夏季（圖略）雨日的土壤含水量均為各層次最高值，層均含水量達(dá)39.4%；晴天土壤含水量均為各層次的次高值；晴天和多云天氣各層含水量比較接近，陰天的土壤含水量最低。

秋季（圖略）晴天土壤含水量明顯高于其他天氣類型；多云的10cm土壤含水量在四種天氣類型中為最低值；陰天除10cm土壤含水量為次低值，其余層次土壤含水量在為最低值；雨日各層土壤含水量為次高值。

冬季各天氣類型下土壤含水量的差別很?。▓D略），多云和陰天的土壤含水量幾乎相近。除雨天中10cm土壤含水量為各天氣類型中的最高值之外，多云和陰天的土壤含水量為4種天氣類型中的最高值。

總體而言，在春季和秋季中晴天的各層次土壤含水量均為最高，夏季中雨日的土壤含水量為最高，冬季中各種天氣類型土壤含水量比較接近。

3　結(jié)論與討論

（1）貴港土壤水分逐月變化中20cm土壤含水量最高，10cm含水量最低，30cm土壤含水量距平百分率逐月波動(dòng)最大，7月的最高值和2月的最低值相差17個(gè)百分點(diǎn)；隨著深度的增加各層逐月波動(dòng)趨勢(shì)逐漸變緩，80cm土壤含水量逐月波動(dòng)最小。從全年趨勢(shì)看，各層土壤水分逐月波動(dòng)趨勢(shì)基本一致，均呈不同程度的降低-升高-降低的趨勢(shì)。

（2）不同層次中，10cm-40cm土壤含水量波動(dòng)較大，土壤含水量距平百分率年較差，從大到小依次為晴天、多云、雨天和陰天，50cm-100cm波動(dòng)趨勢(shì)趨于平緩，其中80cm的距平百分率絕對(duì)值最小。

（3）不同天氣類型中，多云和陰天在各季節(jié)土壤含水量的分布比較相似；陰天在不同季節(jié)土壤含水量差異最小，雨日的差異最為明顯。

（4）不同季節(jié)中，春秋的晴天各層次土壤含水量均為最高；夏季中雨日的土壤含水量最高，冬季中各種天氣類型土壤含水量比較接近。

［1］黃中雄，蘇永秀，周劍波.土壤水分測(cè)定技術(shù)探討［J］.氣象研究與應(yīng)用，2014，35（4）.

［2］黃文海，謝仁忠，黃汝紅，李會(huì)玲，莫麗陽.DZN3型自動(dòng)土壤水分觀測(cè)儀及維護(hù)維修［J］.氣象研究與應(yīng)用，2014，35（1）.

［3］馬祖勝，鐘偉雄，李漢彬.應(yīng)對(duì)自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)缺測(cè)的措施［J］.廣東氣象，2007，（3）.

［4］王剛，陳統(tǒng)強(qiáng)，吳文娟，陳海.烘干稱重法與自動(dòng)觀測(cè)土壤濕度的差異分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2010，31（2）.

［5］蒙小寒.貴港市土壤水分變化規(guī)律及其對(duì)甘蔗生長的影響［J］.氣象研究與應(yīng)用，2008，29（S1）.

［6］蔡耿華，邵洋，楊用球，陳剛，李建勇.DZZ1-2型自動(dòng)氣象站的故障判斷和維修［J］.廣東氣象，2006，（2）.

［7］王海英，黃中雄，陽擎.南寧土壤水分站自動(dòng)監(jiān)測(cè)土壤濕度數(shù)據(jù)質(zhì)量分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2008，29（1）.

［8］羅征，馬祖勝.自動(dòng)氣象站的運(yùn)行和維護(hù)［J］.廣東氣象，2008，（5）.

［9］王海英，黃中雄，陽擎.南寧土壤水分站自動(dòng)監(jiān)測(cè)土壤濕度數(shù)據(jù)質(zhì)量分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2008，29（1）.

［10］許嘉玲，王超球，趙秀英.自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)異常的原因分析［J］.氣象研究與應(yīng)用，2007，28（S2）.

［11］馬祖勝，鐘偉雄，李漢彬.應(yīng)對(duì)自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)缺測(cè)的措施［J］.廣東氣象，2007，（3）.

［12］劉新有，史正濤，彭海英，于峰.基于“基尼系數(shù)”的降水時(shí)間分布均勻度變化研究［J］.氣象研究與應(yīng)用，2007，28（2）.

［13］馬祖勝，李漢彬，徐明唐.地面最高溫度人工與遙測(cè)數(shù)據(jù)差異的原因［J］.廣東氣象，2007，（2）.

Application and Analysis of soil moisture observation data in Guigang

Xu Yi-xin，Liu yi-ming，Liang cong
（Guigang Municipal Meteorological Service，Guigang Guangxi 537100）

Based on ananlysis of volumetric soil water content data in eight levels（10cm，20cm，30cm，40cm，50cm，60cm，80cm，100cm）of three automatic stations（Guigang，Guiping，Pingnan in Guigang）from 2014 January 1-December 31，temporal variation of the soil moisture was found out.

soil moisture；weather type；season

P41

A

1673-8411（2016）02-0071-04

2015-12-08

許藝馨（1989-），女，廣西貴港人，助工，現(xiàn)從事農(nóng)業(yè)氣象工作。