廊坊市地溫變化特征分析

郭立平++黃浩杰++杜海濤

摘要 利用廊坊市1980—2015年間地溫、降水等觀測數(shù)據(jù)，研究了該地區(qū)0～40 cm地溫的年、月變化特征、0～320 cm地溫的日變化特征及關(guān)鍵農(nóng)時初、終霜凍日期變化等特征。結(jié)果表明，隨年代變化，0、10、20 cm年平均地溫呈上升趨勢，40 cm層地溫變化趨勢特征不明顯；大氣降水量和0～40 cm層地溫之間存在明顯的相互影響關(guān)系，當(dāng)年降水量為偏多或轉(zhuǎn)偏多時，一般地溫降低，當(dāng)年降水量為偏少或轉(zhuǎn)偏少時，地溫以升高為主；0～40 cm層地溫每年3月開始上升，7月達(dá)到峰點(diǎn)，隨后逐步下降，在次年1月達(dá)到最低點(diǎn)，隨年代變化，1—5月、11—12月地溫升降幅度比較明顯，值得關(guān)注；0～40 cm層地溫日變化曲線峰、谷點(diǎn)隨深度依次延遲2～5 h，80～320 cm層地溫日變化曲線走勢相反，10月至次年2月為下升趨勢，4—7月為上降趨勢；廊坊初、終霜凍及10 cm地溫穩(wěn)定通過10 ℃日期隨年代變化出現(xiàn)延遲和提前現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞 地溫；變化特征；初終霜凍；河北廊坊

中圖分類號 P423.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）08-0209-03

Change Characteristics Analysis of Ground Temperature in Langfang City

GUO Li-ping HUANG Hao-jie DU Hai-tao

（Langfang Meteorological Bureau of Hebei Province，Langfang Hebei 065000）

Abstract Based on the observation data of ground temperature and precipitation in Langfang City from 1980 to 2015，the annual and monthly change characteristics of ground temperature of 0 cm，10 cm，20 cm and 40 cm，the daily change characteristics of 0-320 cm ground temperature and first and last frost date etc. were analyzed. The results showed that the annual mean ground temperature in 0 cm，10 cm and 20 cm ground temperature presented increasing trends，and there was no obvious change trend of 40 cm ground temperature.There were significant interaction influence relationships between precipitation and ground temperature of 0 cm，10 cm，20 cm and 40 cm.When the annual precipitation was more or turned to more，the ground temperature of 0 cm，10 cm，20 cm and 40 cm decreased.When the annual precipitation was less or turn to less，the ground temperature of 0 cm，10 cm，20 cm and 40 cm increased. The ground temperature of 0 cm，10 cm，20 cm and 40 cm began to rise in March each year，and reached the peak in July，then turned to decline，reached the lowest point in January of the next year. With the change of years，the increasing and decreasing amplitudes of ground temperature from January to May and from November to December were more obvious，which deserved to be paid more attention to. The peak and valley point of daily change curves of ground temperature in 0 cm，10 cm，20 cm and 40 cm delayed 2-5 h with soil layer depth increase for all years and seasons，but had two contrary daily change curves with a decreasing trend from October to February of the next year and a increasing trend from April to July in 80 cm，160 cm and 320 cm. With the change of years，the first and last frost dates delayed，the 10 cm ground temperature steadily passing 10 ℃ was ahead of time.

Key words ground temperature；change characteristics；first and last frost；Langfang Hebei

地溫是影響土壤呼吸的關(guān)鍵因素，它通過影響土壤微生物的活躍性來影響土壤有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化、腐殖化過程，進(jìn)而影響農(nóng)作物的生長進(jìn)程[1]。土壤溫度的變化實(shí)際上是氣候變化對多年土壤熱狀況影響的反映，也是引起多年土壤熱狀態(tài)變化的能量表現(xiàn)，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定性可能因地溫變化的異常而受到不利影響[2]。目前，已有一些學(xué)者開展了對于地溫的研究，如賈金明等[3]分析了濮陽近50年地面溫度的變化傾向率及成因，表明年平均地面溫度呈逐年遞減趨勢；陳成國等[4]、許麗景等[5]、呂紅玉等[6]、于志明等[7]、張翠華等[8]、高振榮等[9]分別對各地各層地溫的波動和突變特征進(jìn)行了細(xì)致分析，得到各地各年各季不同的升降和變化趨勢；陸曉波等[10]利用1954—2001年中國532個站的月平均80 cm層地溫資料對我國及其不同區(qū)域地溫的變化特征進(jìn)行了分析；郭立平等[11-12]利用暴雨過程中地溫的變化特征，探討了地溫波動變化對暴雨預(yù)報(bào)的指示意義。然而眾多研究中，極少有從地表至320 cm地溫的對比研究，使地溫垂直分布及變化的差異性對比分析方面顯得不足。

廊坊市位于河北省中部華北平原區(qū)，是廣泛種植小麥、玉米、棉花等農(nóng)作物的地區(qū)之一，同時受氣候變化、極端天氣等氣象因素的影響，衍生農(nóng)業(yè)災(zāi)害也時有發(fā)生，而其中對廊坊市地溫及其變化特征進(jìn)行深入分析，并掌握變化規(guī)律，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和合理利用地溫信息具有指導(dǎo)和參考意義。

1 地溫年變化特征

中國氣象局《地面氣象觀測規(guī)范》[13]對地溫的定義為，地面和地中不同深度的土壤溫度統(tǒng)稱地溫。地面溫度（0 cm，下同）是指直接與土壤表面接觸的溫度表所示的溫度；淺層地溫包括離地面5、10、15、20 cm深度的地中溫度；較深層地溫包括離地面 40、80、160、320 cm深度的地中溫度。

根據(jù)資料完整度，選取1980—2015年0、10、20、40 cm年平均地溫分析年變化特征。經(jīng)計(jì)算，得到1981—2010年0 cm地溫的氣候平均值為14.1 ℃，10、20、40 cm地溫氣候平均值分別為13.50、13.52、13.46 ℃，從地表向地下依次遞減，但地表與40 cm地溫的差值僅為0.6 ℃，特別是10、20、40 cm各層之間地溫差更小，不足0.1 ℃，一定程度上反映了年平均地溫垂直方向上的近乎“恒定性”。但各層地溫年際間變化相對比較明顯，最高值與最低值之差可達(dá)1.8～2.5 ℃，最大出現(xiàn)在0 cm層，最小出現(xiàn)在20 cm層，表明地表溫度受太陽輻射的影響比地下其余各層更明顯。從圖1可以看出，隨年代變化0～20 cm地溫呈上升趨勢，但不顯著，相關(guān)系數(shù)均未通過0.01水平顯著性檢驗(yàn)，40 cm層地溫變化不明顯，這與有些地區(qū)的顯著增暖趨勢不同。此外，各層地溫年際間明顯的波動變化與逐年大氣降水量的變化關(guān)系密切。從圖2可以看出，0 cm地溫的逐年波動變化與年降水量的波動變化趨勢基本一致，其余幾層相似。當(dāng)年降水量為偏多到異常多時，幾層地溫降低的比例均達(dá)50%以上，其中以10 cm和20 cm降低的比例最高，達(dá)78%；當(dāng)年降水量為偏少到顯著少時，幾層地溫升高的比例均在60%以上，以0 cm地溫升高的比例最大，達(dá)80%；當(dāng)年降水量由偏多轉(zhuǎn)正常時，地溫通常升高，年降水量由偏少轉(zhuǎn)正常時，地溫降低，可見大氣降水量和各層地溫之間存在明顯的相互影響關(guān)系。

2 地溫月變化特征

分析0、10、20、40 cm層地溫1981—2010年氣候平均值逐月變化，發(fā)現(xiàn)各層地溫的月分布曲線與氣溫的月分布曲線有基本一致的變化趨勢（圖3）?？傮w是每年3月各層地溫開始上升，4月快速上升，在7月達(dá)到峰點(diǎn)，隨后開始下降，11月快速下降，在次年1月達(dá)到最低點(diǎn)；所不同的是0、10 cm地溫和氣溫在12月達(dá)到次低值，20、40 cm地溫在最低點(diǎn)后的2月達(dá)到次低值。此外，0 cm地溫2—6月逐月溫度即上升時段溫度高于峰值點(diǎn)后8—12月溫度；10 cm地溫則是2—4月地溫高于下降時段的10—12月地溫，20、40 cm地溫相反，8—12月地溫高于上升時段2—6月地溫，氣溫同0、10 cm地溫變化相似，2—5月氣溫高于9—12月氣溫。從各層地溫及氣溫逐月溫度差看，地面0 cm儲熱能力最弱，氣溫次之，然后依次是10、20、40 cm，特別是地下20、40 cm溫度在8—9月，較其他層下降速度慢，具有一定的儲熱能力。

分析1980—2015年間逐月地溫變化特征發(fā)現(xiàn)，1—5月、11—12月隨年代變化波動幅度比較明顯，值得關(guān)注和重視。其中春季（3—5月）平均波動幅度在0.2 ℃以上，尤其3月地溫波動變化最顯著，20世紀(jì)90年代0、10、20、40 cm 4層3月平均地溫比80年代分別上升0.90、0.90、1.17、1.21 ℃，2000—2009年比90年代再次分別上升1.36、1.07、1.07、0.20 ℃，2010—2015年比2000—2009年又分別下降0.42、1.12、1.37、1.83 ℃；各月中，以10月的年代波動變化幅度最小，平均波動幅度均在0.5 ℃以內(nèi)。除此之外，各層各月各季波動幅度大小不一，0 cm地溫在春、冬2季波動幅度最大；10、20 cm地溫在春、夏2季波動幅度較大；40 cm地溫在春、秋2個季節(jié)波動幅度較大。各層地溫的變化與當(dāng)年大氣氣溫和降水的變化有密切的相互影響關(guān)系。上述信息表明，更要重視春季地溫的變化，此時正值播種期，地溫過低或過高都可能會對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成不利影響。

3 地溫日變化特征

隨著自動氣象觀測儀器的建設(shè)，2010年之后廊坊開始有逐小時地溫觀測，垂直深度達(dá)到320 cm，利用2011—2015年各層逐小時地溫資料分析地溫的日變化特征。由圖4（a）可以看出，0、10、20 cm層地溫日變化曲線各月相似，峰、谷點(diǎn)出現(xiàn)時間隨土壤深度加深出現(xiàn)延遲現(xiàn)象，0、10、20 cm地溫日最低點(diǎn)平均時間依次為6：00、8：00和10：00，最高點(diǎn)平均時間依次為13：00、17：00和18：00，最低點(diǎn)春、夏季略早，秋、冬季略晚；最高點(diǎn)時間0 cm四季沒有變化，10、20 cm地溫夏、秋季略早、冬、春節(jié)略晚。由圖4（a）可以看出，40 cm地溫雖各月日變化曲線相似，但峰點(diǎn)、谷點(diǎn)時間與0～20 cm層地溫相差較遠(yuǎn)，是一個過渡層。由圖4（b）可以看出，80、160、320 cm層地溫冬、夏半年日變化曲線走勢相反，冬半年（10月至次年2月）日變化曲線為上升趨勢，夏半年（4—7月）日變化曲線為下降趨勢，3月、9月為過渡期，3月80、160 cm地溫日變化曲線為上升趨勢，320 cm日變化曲線為下降趨勢；9月80、160 cm地溫日變化曲線呈下降趨勢，320 cm地溫日變化曲線呈上升趨勢。地溫日變化分布表明，夏半年較深層土壤以吸收地表下傳的熱量為主，冬半年以深層土壤上傳熱量為主，進(jìn)而影響農(nóng)作物的生命周期。

4 關(guān)鍵農(nóng)時特征日期變化

4.1 初終霜凍日期

分析1980—2015年廊坊市初霜凍（0 cm地溫<0 ℃）日期發(fā)現(xiàn)，初霜凍日期平均為11月1日，最早的在1991年10月19日，最晚的在1998年11月17日，最早與最晚相差近1個月。其中，20世紀(jì)80年代初霜凍日期平均為10月27日，90年代平均為11月1日，2000—2009年平均為11月4日，2010—2015年平均為11月5日，隨年代變化，初霜凍日期依次延遲，分別延遲4、3、1 d。

分析1980—2015年廊坊市終霜凍日期發(fā)現(xiàn)，終霜凍日期平均為3月26日，最早在1997年3月10日，最晚在1993年4月8日，二者相差近1個月。其中，20世紀(jì)80年代終霜凍日期平均為3月30日，90年代平均為3月26日，2000—2009年平均為3月25日，2010—2015年平均為3月22日，隨年代變化，終霜凍日期依次提前，分別提前4、1、3 d。

4.2 穩(wěn)定通過10 ℃日期

適宜春播的氣象指標(biāo)，一般要求10 cm地溫穩(wěn)定通過10 ℃。分析1980—2015年廊坊市10 cm地溫穩(wěn)定通過10 ℃日期發(fā)現(xiàn)，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的日期平均為3月29日，最早的在2014年3月15日，最晚的在1980年4月17日，最早與最晚相差1個月。其中，20世紀(jì)80年代10 cm地溫穩(wěn)定通過10 ℃日期平均為4月2日，90年代平均為3月31日，2000—2009年平均為3月26日，2010—2015年平均為3月25日，隨年代變化，10 cm地溫穩(wěn)定通過10 ℃日期，分別提前2、5、1 d。

初終霜凍及10 cm地溫穩(wěn)定通過10 ℃日期的年際間差異與當(dāng)年的天氣氣候狀況有密切關(guān)系，而各類日期隨年代變化的延遲和提前現(xiàn)象，一方面表明地溫存在一定程度的升高趨勢，另一方面也與氣候變暖的趨勢基本一致，這樣的結(jié)果還是需要引起相關(guān)農(nóng)業(yè)部門的高度重視。

5 結(jié)論

綜上所述，隨年代變化，0、10、20 cm年均地溫呈上升趨勢，但不顯著，40 cm層地溫變化不明顯；大氣降水量與各層地溫間存在明顯的相互影響關(guān)系，當(dāng)年降水量為偏多到轉(zhuǎn)偏多時，一般地溫降低，當(dāng)年降水量為偏少到轉(zhuǎn)偏少時，幾層地溫以升高為主；各層地溫的月分布與氣溫的月分布有基本一致的變化趨勢，總體是每年3月各層地溫開始上升，7月達(dá)峰點(diǎn)，隨后開始下降，在次年1月達(dá)最低點(diǎn)，隨年代變化，1—5月、11—12月地溫波動較明顯，值得重視；0～40 cm層地溫，日變化曲線各月相似，而80～320 cm層地溫冬半年（10月至次年2月）、夏半年（4—7月）日變化曲線走勢相反，冬半年日變化為上升趨勢，夏半年日變化為下降趨勢；隨年代變化，初終霜凍及10 cm地溫穩(wěn)定通過10 ℃日期出現(xiàn)延遲和提前現(xiàn)象，一方面表明地溫存在一定的升高趨勢，另一方面也與氣候變暖的趨勢基本一致，需引起重視。

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