柴達(dá)木盆地南緣淺層地溫對(duì)氣候變化的響應(yīng)

曾國(guó)云 王發(fā)科 哈金龍 許學(xué)蓮 鞏俐

摘要 ? ?利用1961—2019年柴達(dá)木盆地南緣氣溫、降水及淺層地溫（0、10、20 cm）的數(shù)據(jù)，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析了氣溫、降水及淺層地溫變化特征，并分析了淺層地溫對(duì)氣溫、降水變化的響應(yīng)。結(jié)果表明，1961—2019年柴達(dá)木盆地南緣年平均氣溫呈升高趨勢(shì)，升高傾向率為0.4 ℃/10 a;年降水量呈增加趨勢(shì)，增加傾向率為8.0 mm/10 a。0、10、20 cm年平均地溫均呈增加趨勢(shì)，變化趨勢(shì)大體趨于一致，增加傾向率分別為0.43、0.32、0.33 ℃/10 a;各淺層地溫四季均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中冬季增溫趨勢(shì)較小，春、夏、秋季增溫較顯著，但是隨深度不同增溫幅度各有差異;各淺層平均地溫每年3月上旬至8月下旬隨深度增加而降低，9月中旬至翌年2月下旬平均地溫隨深度的增加而升高，各層地溫月平均最大值均出現(xiàn)在7月，最小值出現(xiàn)在1月。各淺層平均地溫與年平均氣溫、年降水量均成正相關(guān)關(guān)系，年平均氣溫升高1 ℃，0、10、20 cm地溫分別增加0.98、0.74、0.75 ℃;年降水量增加100 mm，0、10、20 cm地溫分別增加0.89、0.67、0.77 ℃，年平均氣溫對(duì)地溫的影響較年降水量影響明顯。

關(guān)鍵詞 ? ?淺層地溫;氣候變化特征;響應(yīng);柴達(dá)木盆地南緣

中圖分類號(hào) ? ?S162 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2020）22-0164-04 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

Abstract ? ?Based on the datas of air temperature， precipitation and shallow ground temperature （0 cm， 10 cm， 20 cm） in the southern margin of the Caidamu Basin from 1961 to 2019， the variation characteristics of air temperature， precipitation and shallow ground temperature were analyzed by mathematical statistics method. The response of the ground temperature in the shallow layer to the air temperature and precipitation change was analyzed. The results showed that the annual mean temperature in the southern margin of the Caidamu Basin showed an increasing trend with an increasing trend rate of 0.4 ℃/10 a， and the annual precipitation showed an increasing trend with an increasing trend rate of 8.0 mm/10 a from 1961 to 2019. The annual mean ground temperature of 0 cm， 10 cm and 20 cm in the southern margin of the Caidamu Basin had an increasing trend， the trend of variation was generally consistent and increasing trend was 0.43 ℃/10 a，0.32 ℃/10 a and 0.33 ℃/10 a; ground temperature showed a rising trend in four seasons， and the increasing trend in winter was smaller than that in spring， summer and autumn， the extent of warming varied with depth; the mean ground temperature decreased with the increase of depth from early March to late August，and increased with the increase of depth from mid September to late February of the following year. The average maximum value of ground temperature appeared in July and the minimum value appeared in January. The average ground temperature of each shallow layer was positively correlated with the annual average temperature and annual precipitation. The annual average temperature increased by 1 ℃， and the ground temperature of 0 cm， 10 cm and 20 cm increased by 0.98 ℃， 0.74 ℃ and 0.75 ℃ respectively; the annual precipitation increased by 100 mm， and the ground temperature of 0 cm， 10 cm and 20 cm increased by 0.89 ℃， 0.67 ℃ and 0.77 ℃， respectively. The effect of air temperature on soil temperature was more obvious than that of annual precipitation.

Keywords ? ?shallow ground temperature; characteristic of climate change; response; southern margin of the Chaidamu Basin

在全球變暖的情景下，以氣溫上升、氣候變暖為主要特征的氣候變化對(duì)世界經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)系統(tǒng)產(chǎn)生了重大影響[1-2]。地溫是衡量地表土壤熱能的物理量，其變化比氣溫變化更具有保守性和滯后性。作為下墊面系統(tǒng)的一部分，地溫的變化對(duì)土壤理化性質(zhì)、生物學(xué)過程、土壤資源質(zhì)量及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境等產(chǎn)生影響[3-4]。柴達(dá)木盆地南緣地處青藏高原東北部，區(qū)域內(nèi)干燥少雨，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，光照資源豐富，是柴木盆地重要綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)，它既是氣候變化敏感區(qū)，又是生態(tài)環(huán)境脆弱帶。因此，在氣候變暖背景下，分析柴達(dá)木盆地南緣淺層地溫的變化特征，探討氣候變化對(duì)淺層地溫的影響，以期為合理利用當(dāng)?shù)貧夂蚝屯恋刭Y源，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展等提供參考依據(jù)。

1 ? ?數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 ? ?資料來源

選取1961—2019年柴達(dá)木盆地南緣格爾木、諾木洪、都蘭3個(gè)氣象站點(diǎn)氣溫及0～20 cm地溫?cái)?shù)據(jù)。季節(jié)劃分：3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季、12月至翌年2月為冬季。

1.2 ? ?研究方法

1.2.1 ? ?數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法。應(yīng)用逐步回歸、概率統(tǒng)計(jì)、氣候趨勢(shì)系數(shù)等數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，分析氣溫、淺層地溫的變化及影響，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2016。

1.2.2 ? ?氣候趨勢(shì)系數(shù)。n個(gè)時(shí)刻的氣候要素序列與自然數(shù)列1，2，3，…，n的相關(guān)系數(shù)，即

式中，r為氣候要素序列趨勢(shì)相關(guān)系數(shù)，可使用通常的相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，檢驗(yàn)氣候趨勢(shì)是否顯著，相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)臨界值r0.01=0.330。n為年數(shù)，xi為第i年的氣候要素值，x為氣候要素平均值，t=（n+1）/2，r值為正（負(fù)）時(shí)表示該要素在所計(jì)算的n年內(nèi)有增加（減少）的趨勢(shì)。

2 ? ?結(jié)果與分析

2.1 ? ?柴達(dá)木盆地南緣氣候變化分析

2.1.1 ? ?氣溫變化。1961—2019年柴達(dá)木盆地南緣年平均氣溫為4.6 ℃，年平均氣溫最低為2.8 ℃，年平均氣溫最高為6.3 ℃。由圖1可以看出，59年來平均氣溫呈升高趨勢(shì)，升高傾向率為0.4 ℃/10 a，通過0.01顯著檢驗(yàn)，升溫趨勢(shì)明顯。20世紀(jì)60年代平均氣溫為3.5 ℃，21世紀(jì)以來平均氣溫為5.4 ℃，21世紀(jì)以來年平均氣溫較20世紀(jì)60年代增加1.9 ℃。

2.1.2 ? ?降水量變化。1961—2019年柴達(dá)木盆地南緣年平均降水量為100 mm，年平均降水量最大為184.8 mm，年平均降水量最小為51.5 mm。59年來年降水量呈增加趨勢(shì)，增加傾向率為8.0 mm/10 a，通過0.01顯著檢驗(yàn)，增加趨勢(shì)明顯（圖1）。20世紀(jì)60—70年代降水量增加不明顯，80—90年代降水量增加緩慢，21世紀(jì)以來降水量增加明顯，21世紀(jì)以來年降水量較20世紀(jì)60年代增加31.9 mm。

2.2 ? ?柴達(dá)木盆地南緣淺層地溫變化分析

2.2.1 ? ?淺層地溫年際變化。由圖2可以看出，近59年來柴達(dá)木盆地南緣0、10、20 cm淺層年平均地溫呈增加趨勢(shì)，變化趨勢(shì)大體趨于一致，增加傾向率分別為0.43、0.32、0.33 ℃/10 a，增加趨勢(shì)明顯，通過0.01顯著檢驗(yàn)。在59年的變化中各層年平均地溫均于1983年出現(xiàn)了歷史最低點(diǎn)，分別為5.9、6.5、6.6 ℃;0 cm年平均地溫于2006年出現(xiàn)最高點(diǎn)，為9.4 ℃，10、20 cm年平均地溫于2016年出現(xiàn)最高點(diǎn)，均為9.2 ℃。20世紀(jì)60年代至80年代初期年平均地溫增幅較平穩(wěn)，80年代中后期以來升幅明顯。21世紀(jì)以來年平均地溫較20世紀(jì)60年代上升了1.3～1.8 ℃（圖2）。

2.2.2 ? ?淺層地溫的季節(jié)變化。近59年來，0、10、20 cm四季地溫都呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中冬季增溫趨勢(shì)較小，春、夏、秋季增溫較顯著，但隨深度不同增溫幅度各有差異。0 cm平均地溫四季增溫較明顯，增溫傾向率達(dá)0.36～0.48 ℃/10 a;10 cm平均地溫春季增溫率明顯低于夏、秋、冬季，增溫傾向率為0.28～0.37 ℃/10 a;20 cm春、夏、秋季平均地溫增溫率明顯高于冬季，增溫傾向率達(dá)0.21～0.43 ℃/10 a。各層平均地溫四季增溫均通過0.01顯著檢驗(yàn)（表1）。

2.2.3 ? ?淺層地溫月變化。從圖3可以看出，每年3月上旬至8月下旬平均地溫隨深度增加而降低，表明熱量由淺層向深層傳遞，是積蓄能量的過程;9月中旬至翌年2月下旬平均地溫隨深度的增加而升高，表明熱量由深層向淺層傳遞，是釋放能量的過程。各層地溫月平均最大值均出現(xiàn)在7月，分別為23.3、21.1、19.8 ℃;各層地溫月平均最小值出現(xiàn)在1月，分別為-10.1、 -6.9、-5.4 ℃。

2.3 ? ?柴達(dá)木盆地南緣淺層地溫對(duì)氣候變化的響應(yīng)

2.3.1 ? ?淺層地溫對(duì)氣溫的響應(yīng)?？諝馀c地面是相互接觸的，當(dāng)?shù)孛孀儫岷?，一部分熱量?huì)逐漸傳遞到空氣中，當(dāng)接近地表的空氣變熱后，受熱逐漸膨脹，于是接近地表的空氣會(huì)產(chǎn)生上升氣流，此時(shí)就逐漸導(dǎo)致空氣的溫度發(fā)生改變。另一部分熱量通過熱傳導(dǎo)方式傳輸?shù)降乇硪韵拢瑥亩淖兺寥罍囟鹊淖兓痆5]。

由圖4可知，柴達(dá)木盆地南緣淺層平均地溫與年平均氣溫成正相關(guān)關(guān)系，表明年平均地溫隨年平均氣溫的升高而增加，其中0 cm地溫對(duì)氣溫變化相關(guān)最明顯。年平均氣溫升高1 ℃，0、10、20 cm地溫分別增加0.98、0.74、0.75 ℃，均通過0.01顯著檢驗(yàn)，相關(guān)性明顯。

2.3.2 ? ?淺層地溫對(duì)降水的響應(yīng)。由圖5可知，柴達(dá)木盆地南緣淺層平均地溫與年降水量也成正相關(guān)關(guān)系，表明年平均地溫隨年降水量的升高而增加。年降水量增加100 mm，0、10、20 cm地溫分別增加0.89、0.67、0.77 ℃，其中20 cm地溫對(duì)降水量變化相關(guān)明顯，通過0.01顯著檢驗(yàn)。

3 ? ?結(jié)論

（1）柴達(dá)木盆地南緣年平均氣溫呈升高趨勢(shì)，升高傾向率為0.4 ℃/10 a，21世紀(jì)以來年平均氣溫較20世紀(jì)60年代增加1.9 ℃;年降水量呈增加趨勢(shì)，增加傾向率為8.0 mm/10 a，21世紀(jì)以來年降水量較20世紀(jì)60年代增加31.9 mm。

（2）柴達(dá)木盆地南緣0、10、20 cm年平均地溫均呈增加趨勢(shì)，變化趨勢(shì)大體趨于一致，增加傾向率分別為0.43、0.32、0.33 ℃/10 a，增加趨勢(shì)明顯。21世紀(jì)以來年平均地溫較20世紀(jì)60年代上升了1.3～1.8 ℃。

（3）柴達(dá)木盆地南緣0、10、20 cm地溫四季均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，其中冬季增溫趨勢(shì)較小，春、夏、秋季增溫較顯著，但隨深度不同增溫幅度各有差異。

（4）柴達(dá)木南緣淺層平均地溫每年3月上旬至8月下旬隨著深度的增加而降低，9月中旬至翌年2月下旬的平均地溫隨著深度的增加而升高。各層地溫的月平均最大值均出現(xiàn)在7月，最小值均出現(xiàn)在1月。

（5）柴達(dá)木南緣淺層平均地溫與年平均氣溫、年降水量均成正相關(guān)關(guān)系。年平均氣溫升高1 ℃，0、10、20 cm地溫分別增加0.98、0.74、0.75 ℃;年降水量增加100 mm，0、10、20 cm地溫分別增加0.89、0.67、0.77 ℃，年平均氣溫對(duì)地溫的影響較年降水量影響明顯。

4 ? ?參考文獻(xiàn)

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