興海縣近55年淺層地溫變化特征分析

孔祥萍 張曉云 蘇璇

摘要 [目的]分析興?？h近55年淺層平均地溫的變化特征。[方法]利用1961—2015年興?？h0～20 cm逐年、月平均淺層地溫資料，采用氣候傾向率、M-K突變檢驗(yàn)、滑動(dòng)T等統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析。[結(jié)果]（1）興海近55年各淺層年平均地溫均呈上升趨勢(shì)，其中0 cm地溫升溫幅度最大為0.438 ℃/10年，5 cm地溫升溫幅度最小為0.300 ℃/10年;（2）0 cm地溫冬季升溫增幅最大，夏季升溫增幅最小;5、10、15、20 cm 4個(gè)土層春季升溫增幅最大，秋季升溫增幅最小;（3）各層年代際平均地溫呈逐年升高趨勢(shì)，20世紀(jì)60年代最低，21世紀(jì)10年代最高;年及春季各淺層地溫20世紀(jì)80—90年代升溫幅度比其他年代際間大;（4）5～20 cm四季淺層地溫突變最早多發(fā)生在1985—1987年春季，突變最晚多發(fā)生在1992—1997年秋季。隨著氣溫、地溫逐年升高，降水緩慢增多，興海地區(qū)的牧草返青期提前，黃枯期推遲，生長(zhǎng)期延長(zhǎng)，牧草產(chǎn)量增加。[結(jié)論]結(jié)果對(duì)興?？h域相關(guān)部門及單位合理利用草地資源及退化草地的恢復(fù)和重建具有參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 淺層地溫;突變;幅度;臨界值

中圖分類號(hào)：P468.0+21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3305（2019）04-049-04

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.04.020

Abstract [Objective] In order to analyze the variation characteristics of shallow average geotemperature in Xinghai County during recent 55 years. [Method]According to the analysis of mutation and ?0～20 cm shallow average geotemperature with the information of 1961—2015 Xinghai County year and month data，and statistics method such as climate tendency rate，M-K mutation and sliding T-test were used for analysis.[Result]（1）The annual average geotemperature of each shallow layeris rising tendency，in which the maximum rising was 0.438℃/10a of 0 cm geotemperature， the minimumn rise amplitude was 0.300℃/10a of 5 cm geotemperature in recent 55 years， Xinghai County.（2）0 cm geotemperature maximum of range rising was in winter， while the minimum rising was in summer.The four soil layers of 5， 10， 15 and 20 cm had the largest increasing temperature in spring， the smallest increasing temperature in autumn.（3）The interdecadal shallow geotemperature increased from year to year， the lowest in the 1960s of the 20st century and the highest in the 2010s of the 21st century. The 1980s—1990s rising range of the shallow geotemperature in the spring and year average was greater than that in other inter-decadal periods.（4）5～20 cm shallow geotemperature mutation in the four seasons occurred in the spring of 1985—1987 at the earliest， and in the autumn of 1992—1997 at the latest. With the increasing of temperature and ground temperature year by year and the slow increasing of precipitation， the verdure period of forage grass in Xinghai Area was advanced， the yellow and dry period was delayed， the growth period wass extended， and the forage grass yield was increased.[Conclusion] The results had reference value for the related departments and units in Xinghai county to rationally use the grassland resources and the restoration and reconstruction of degraded grassland.

Key words ? Shallow geotemperature;Mutation;Range;Critical valuel

寧和平等[1]研究認(rèn)為黃河上游瑪曲夏季淺層平均地溫與同期的平均氣溫呈顯著的正相關(guān)，其中20 cm平均地溫與同期平均氣溫的相關(guān)性最為顯著，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.922，且兩者在變化趨勢(shì)上有著很強(qiáng)的一致性。夏季淺層平均地溫與冬季降水量存在一定的正相關(guān)，其變化對(duì)冬季降水量產(chǎn)生了一定的影響。張愛萍等[2]研究表明河西走廊東部春季沙塵日數(shù)與冬季淺層地溫呈負(fù)相關(guān)，其中與0 cm地溫的相關(guān)性最顯著。李煥等[3]研究認(rèn)為暖季（5—9月）淺層地溫與同期氣溫和地表溫度均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，二者的顯著升高正是導(dǎo)致淺層地溫呈明顯升高趨勢(shì)的原因。杜軍等[4]研究表明：淺層各季節(jié)平均地溫均呈現(xiàn)極顯著的升高趨勢(shì)，升溫率為0.43～0.60℃/10年，春季最大，夏季最小。各層年平均地溫以0.45～0.66℃/10年的升溫率顯著上升，40 cm深度的升溫率最大，與同時(shí)期平均氣溫的升溫率比較，地溫比氣溫對(duì)氣候變暖的響應(yīng)更強(qiáng)。張煥平等[5]研究認(rèn)為，1971—2010年青海大部站點(diǎn)各層在1997年發(fā)生了氣候突變，淺層地溫與地表溫度和氣溫均呈明顯的正相關(guān)，氣溫、地表溫度的顯著升高在很大程度上解釋了淺層地溫呈明顯升高趨勢(shì)的原因。強(qiáng)玉柱等[6]研究的天水市淺層地溫在1993年前后發(fā)生了突變，5、10 cm平均地溫對(duì)氣候變暖的響應(yīng)更敏感。阿布都克日木·阿巴司等[7]研究認(rèn)為，隨著巴楚縣地溫的上升，年極大凍土深度的變薄趨勢(shì)也很明顯，導(dǎo)致當(dāng)?shù)囟←湻登嗥诤土止麡I(yè)的樹木萌動(dòng)期提前。于晶等[8]研究認(rèn)為春季淺層地溫的時(shí)空變化是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素之一。張翠華等[9]分析指出，農(nóng)作物在淺層地溫暖期是一個(gè)增產(chǎn)過程，冷期是一個(gè)減產(chǎn)過程。李岳坦等[10]分析發(fā)現(xiàn)，青海湖流域及周邊地區(qū)淺層地溫的變化受ENSO事件的影響比較明顯，年、季淺層平均地溫的突變時(shí)間絕大部分站點(diǎn)發(fā)生在EINino年或LaNina年。劉艷等[11]研究認(rèn)為，氣溫和淺層地溫是影響草原植被生長(zhǎng)的2個(gè)重要因子。陳超等[12]分析指出，氣候變暖背景下，年均、夏、秋和冬季的氣溫比地溫的響應(yīng)更快，而春季各層地溫比氣溫的響應(yīng)更迅速。周刊社等[13]分析預(yù)估，至21世紀(jì)末，昌都、拉薩、波密地溫水平將分別達(dá)到偏南的八宿、澤當(dāng)和察隅現(xiàn)有地溫水平，相當(dāng)于所有站點(diǎn)南移近1個(gè)緯度。

基于此，文中選用1961—2015年青海省興?？h氣象局0～20 cm淺層地溫地面觀測(cè)資料，分析了興海縣近55年淺層平均地溫的變化特征，旨在為興?？h域相關(guān)部門及單位合理利用草地資源及退化草地的恢復(fù)和重建提供參考。

1 資料與方法

選用1961—2015年興?？h氣象局0～20 cm淺層地溫地面觀測(cè)資料（青海省CIMISS氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)提供），通過統(tǒng)計(jì)月、季、年、年代際平均及氣候標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算要素相關(guān)系數(shù)，并采用變化傾向率，M-K突變分析，滑動(dòng)t檢驗(yàn)等統(tǒng)計(jì)方法，分析了興?？h近55年淺層平均地溫年、季及年代際變化特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 淺層地溫年際變化特征

由表1可見，近55年各淺層平均地溫均呈上升趨勢(shì);5個(gè)土層地溫升幅在0.300～0.438℃/10年（P<0.01）之間，其中0 cm升溫幅度最大為0.438℃/10年，5 cm升溫幅度最小為0.300℃/10年，0～20 cm年、季平均地溫均通過0.01的顯著性檢驗(yàn)，年、季地溫變化趨勢(shì)顯著。

2.2 淺層地溫四季變化特征

由表1可見，0～20 cm土層四季均呈升溫趨勢(shì)。其中0 cm土層冬季升溫增幅最大為0.60℃/10年，夏季升溫增幅最小為0.269℃/10年;5 cm土層春季升溫增幅最大為0.320℃/10年，秋季升溫增幅最小為0.290℃/10年;10 cm土層春季升溫增幅最大為0.439℃/10年，秋季升溫增幅最小為0.293℃/10年;15 cm土層春季升溫增幅最大為0.447℃/10年，秋季升溫增幅最小為0.269℃/10年;20 cm土層春季升溫增幅最大為0.428℃/10年，秋季升溫增幅最小為0.278℃/10年。由此可見，0 cm地溫冬季增幅最大（圖1），夏季增幅最小;5、10、15、20 cm 4個(gè)土層均為春季升溫增幅最大，秋季升溫增幅最小。

2.3 淺層地溫的年代際變化特點(diǎn)

2.3.1 年淺層地溫年代際變化 由表2可見，年平均淺層0～20 cm地溫20世紀(jì)60—80年代距平均為負(fù)值，20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)10年代距平均為正值或等于0。0 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-1.2℃，10年代為正距平最大值，為0.8℃;5 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-0.7℃，10年代為正距平最大值，為0.6℃;10 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-1.0℃，00年代為正距平最大值，為0.5℃;15 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-1.1℃，00年代為正距平最大值，為0.4℃;20 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-1.1℃，00年代為正距平最大值，為0.4℃。

2.3.2 四季淺層地溫年代際變化 由表3可見，春季0～20 cm平均淺層地溫20世紀(jì)60—80年代均低于氣候均值，20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)10年代大于氣候均值。0 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-1.0℃，10年代為正距平最大值，為1.2℃;5 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-1.1℃，90年代為正距平最大值，為0.5℃;10 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-1.6℃，00年代為正距平最大值，為0.5℃;15 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-1.7℃，90、10年代為正距平最大值，為0.5℃;20 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-1.6℃，10年代為正距平最大值，為0.6℃。

由表4可見，夏季平均淺層0～20 cm地溫20世紀(jì)60—80年代均低于氣候均值，20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)10年代均高于氣候均值。其中0 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-0.7℃，10年代為正距平最大值，為0.6℃;5 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-0.9℃，10年代為正距平最大值，為0.4℃;10 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-1.1℃，00年代為正距平最大值，為0.4℃;15 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-1.2℃，10年代為正距平最大值，為0.4℃;20 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-1.1℃，10年代為正距平最大值，為0.5℃。

由表5可見，秋季平均淺層0～20 cm地溫20世紀(jì)60—80年代均低于氣候均值，20世紀(jì)90年代至21世紀(jì)10年代均大于或等于氣候均值（0 cm地溫90年代低于氣候均值）。其中0 cm地溫70年代為負(fù)距平最大值，為-1.3℃，10年代為正距平最大值，為1.0℃;5 cm地溫70年代為負(fù)距平最大值，為-0.8℃，10年代為正距平最大值，為0.6℃;10 cm地溫70年代為負(fù)距平最大值，為-0.8℃，00年代為正距平最大值，為0.5℃;15 cm地溫70年代為負(fù)距平最大值，為-0.8℃，10年代為正距平最大值，為0.5℃;20 cm地溫70年代為負(fù)距平最大值，為-0.8℃，10年代為正距平最大值，為0.4℃。

由表6可見，冬季平均淺層0～20 cm地溫20世紀(jì)60—90年代均低于氣候均值，21世紀(jì)00—10年代大于氣候均值。其中0 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-1.9℃，10年代為正距平最大值，為0.9℃;5 cm地溫60年代為負(fù)距平最大值，為-0.5℃，10年代為正距平最大值，為0.9℃;10 cm地溫60、70年代為負(fù)距平最大值，為-0.8℃，00年代為正距平最大值，為0.6℃;15 cm地溫60、70年代為負(fù)距平最大值，為-0.9℃，00年代為正距平最大值，為0.4℃;20 cm地溫60、70年代為負(fù)距平最大值，為-1.0℃，00年代為正距平最大值，為0.4℃。

由此可見：各淺層層年代際平均地溫呈逐年升高趨勢(shì)，以20世紀(jì)60年代最低，21世紀(jì)10年代最高。20世紀(jì)60、70、80年代年及四季為負(fù)距平，90年代距平有正有負(fù)，21世紀(jì)00、10年代均為正距平。年各淺層地溫以20世紀(jì)80—90年代升溫幅度比其他年代際間大，春季各淺層地溫80—90年代升溫幅度比其他季節(jié)年代際間大。

2.4 淺層地溫的氣候突變分析

為了更深了解氣候變化對(duì)興海淺層地溫的影響，使用Mann-Kendall法對(duì)興?？h淺層地溫的突變特征進(jìn)行分析，并對(duì)突變年用滑動(dòng)t檢驗(yàn)進(jìn)行了檢驗(yàn)。從表7可以看出，20 cm地溫的多年平均突變年代最早為1989年;10、15 cm地溫的多年平均突變年代次之，為1990年;0、5 cm地溫的多年平均突變年代最晚為1993年。

0 cm地溫冬季突變發(fā)生最早為1986年，春季突變發(fā)生最晚為1995年;5 cm地溫春、夏季突變發(fā)生最早為1987年，冬季突變發(fā)生最晚為1999年;10 cm地溫春、夏季突變發(fā)生最早為1986年，秋季突變發(fā)生最晚為1996年;15 cm地溫春季突變發(fā)生最早為1985年，秋季突變發(fā)生最晚為1993年;20 cm地溫冬、春季突變發(fā)生最早為1986年，秋季突變發(fā)生最晚為1992年。

由此可見，0～20 cm淺層地溫突變最早多發(fā)生在1985—1987年春季（0 cm地溫突變發(fā)生在冬季），突變最晚多發(fā)生在1992—1997年秋季。

3 結(jié)論與討論

（1）興海近55年各淺層年平均地溫均呈上升趨勢(shì)， 升幅在0.300～0.438℃/10年（P<0.01）之間，其中0 cm升溫幅度最大為0.438℃/10年，5 cm升溫幅度最小為0.300℃/10年。

（2）0 cm地溫冬季升溫增幅最大，夏季升溫增幅最小;5、10、15、20 cm 4個(gè)土層均為春季升溫增幅最大，秋季升溫增幅最小。這與杜軍等[4]研究淺層各季節(jié)平均地溫均呈現(xiàn)極顯著的升高趨勢(shì)，春季最大相一致，與陳超等[12]就氣候變暖背景下，春季各層地溫比氣溫的響應(yīng)更迅速的研究結(jié)果一致。

（3）各層年代際平均地溫呈逐年升高趨勢(shì)，以20世紀(jì)60年代最低，21世紀(jì)10年代最高。60、70、80年代年及四季為負(fù)距平，90年代距平有正有負(fù)，21世紀(jì)00、10年代均為正距平。年各淺層地溫80—90年代升溫幅度比其他年代際間大，春季各淺層地溫80—90年代升溫幅度比其他季節(jié)年代際間大。

（4）0～20 cm淺層地溫突變最早多發(fā)生在1985—1987年春季，突變最晚多發(fā)生在1992—1997年秋季，這與張煥平等[5]、強(qiáng)玉柱等[6]研究的突變?nèi)掌诮Y(jié)果相近。

隨著氣溫、地溫逐年升高，降水緩慢增多[14]，興海地區(qū)的牧草返青期提前，黃枯期推遲，生長(zhǎng)期延長(zhǎng)，牧草產(chǎn)量增加。該次研究結(jié)果對(duì)興?？h域相關(guān)部門及單位合理利用草地資源及退化草地的恢復(fù)和重建有重要參考價(jià)值。

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責(zé)任編輯：劉赟