萊陽地溫變化特征及對作物春播期影響

李永華,周彥玲,呂浩嘉

(1.萊陽市氣象局,山東 萊陽265200;2.呼中區(qū)氣象局,黑龍江 呼中165036;3.曲阜市氣象局,山東 曲阜273100)

1 引言

土壤溫度是控制微生物活性和植物生長的重要因素之一[1]，下墊面與大氣之間以及下墊面表面與內部深處都有熱量交換[2-3]。在全球變暖的氣候大背景下，地溫的研究已成熱點，前蘇聯(lián)絕大多數(shù)氣象臺站40cm深度年平均地溫在近一個世紀以來呈升高趨勢[4]，青藏高原風火山一帶15cm深度處的溫度在20世紀60-90年代期間升高了0.2-0.3℃[5]。萊陽主要以春播作物為主，研究結果為合理安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等提供參考。

2 資料與方法

選用萊陽市國家氣象觀測站1971-2019年0-40cm月平均地溫統(tǒng)計資料；根據(jù)80年代農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃：芋頭5cm地溫穩(wěn)定通過10℃、小花生和夏玉米5cm地溫穩(wěn)定通過15℃、大花生和地瓜穩(wěn)定通過18℃作為適宜播種氣象指標，這些指標一直被當?shù)剞r(nóng)業(yè)氣象廣泛應用。采用一元線性統(tǒng)計方法[6]估算萊陽市各層地溫的氣候特征[7-8]和春播作物適播期初日變化趨勢；采用距平大于標準差的2倍作為異常標準。

3 結果與分析

3.1 年、季平均地溫變化趨勢

近49 a，萊陽市0-40cm年平均地溫呈明顯上升趨勢（表1），升幅為0.41-0.61℃／10 a，升幅由淺層至深層依次減小。各層地溫均通過了α=0.001的顯著性水平檢驗。季平均地溫的傾向率各層地溫均呈上升趨勢，平均升幅為0.50℃／10 a，并且均通過了α=0.001的顯著性水平檢驗。各層地溫平均升幅為春季＞秋季＞夏季＞冬季，6層平均升幅春季最大，冬季升幅最小。

表1 地溫、氣溫及降水氣候傾向率（單位℃／10 a）

經(jīng)統(tǒng)計各層年平均最高均出現(xiàn)在2016年，年平均最低均出現(xiàn)在1976年。各層地溫季平均最高出現(xiàn)在近10 a次數(shù)最多,最低出現(xiàn)在70年代次數(shù)最多。

與同時期年平均氣溫氣候傾向率比較,0-40cm地溫氣候傾向率較氣溫偏高0.09-0.29℃／10 a。與同期季平均氣溫相比,除40cm秋、冬兩季及15cm冬季以外,均是地溫升幅大。該地同期降水量年氣候傾向率呈下降趨勢,季氣候傾向率僅春季略有升幅。夏季和秋季降水量減少,有利于氣溫和地溫升溫,而春季降水偏多,有利于地表融化,從而導致春季地溫升溫快。

3.2 各層地溫的年代際變化

0-40cm地溫年距平和季距平均呈逐年代升高趨勢，且隨著年代增溫愈顯著。季平均距平為：春季＞秋季＞冬季＞夏季，說明春季升溫幅度最為顯著。

4 地溫異常特征分析

通過對萊陽年平均地溫異常分析（表2），除5cm地溫沒有異常偏冷年份和40cm地溫無異常偏暖年份，其余地溫異常偏冷年份均出現(xiàn)在1976年，異常偏暖年份均出現(xiàn)在2015-2017年。

表2 地溫異常年份

季異常偏冷年份出現(xiàn)在70年代占84%，而異常偏暖年份出現(xiàn)在21世紀占96%。40cm地溫夏、秋兩季均未出現(xiàn)異常，春季和冬季的0cm、10cm、15cm、20cm地溫僅出現(xiàn)異常偏暖現(xiàn)象。夏季異常偏暖和異常偏冷次數(shù)一樣，秋季異常偏暖次數(shù)較多，而春季異常偏暖次數(shù)占83%，遠遠高于異常偏冷次數(shù)，促使春季整體升溫速度較快。

5 地溫對萊陽作物春播期影響

由以上分析可知，萊陽市年、季、年代際平均地溫近49 a來均呈增溫趨勢，且春季升溫最為突出。由表3看出，春播期芋頭以2.5 d/10 a、小花生和春玉米以3.3 d/10 a、大花生和地瓜以3.5 d/10 a速度變早。相關系數(shù)均通過信度0.001顯著檢驗。

1971-2019年芋頭穩(wěn)定通過10℃平均初日為4月7日，最早3月17日，出現(xiàn)在2014年，最晚4月24日，出現(xiàn)在1991年。平均初日：70年代為4月10日，80年代為4月9日，90年代為4月11日，21世紀頭10 a為4月4日，2011-2019年為3月31日。由此適播期80年代較70年代提前1 d，90年代較80年代推遲2 d，21世紀頭10 a較90年代提前7 d，2011-2019年較前10 a提前4 d；

小花生和夏玉米穩(wěn)定通過15℃平均初日為4月15日，最早3月24日，出現(xiàn)在2014年和2018年，最晚6月1日，出現(xiàn)在1993年。平均初日：70年代為4月22日，80年代為4月14日，90年 代為4月19日，21世紀頭10 a為4月10日，2011-2018年為4月4日。由此適播期80年代較70年代提前7 d，90年代較80年代推遲5 d，21世紀頭10 a較90年代提前9 d，2011-2019較前10 a提前6 d；

大花生和地瓜穩(wěn)定通過18℃初日平均時間5月7日，最早4月13日，出現(xiàn)在2017年，最晚5月28日，出現(xiàn)在1991年。平均初日：70年代為5月12日，80年代為5月9日，90年代為5月11日，21世紀頭10 a為5月6日，2011-2018年為4月25日。由此適播期80年代較70年代提前了3 d，90年代較80年代推遲2 d，21世紀頭10 a較90年代提前了5 d，2011-2019年較前10 a提前了10 d。

由上分析，近49 a春播作物初日最早出現(xiàn)在近幾年，最晚出現(xiàn)在90年代初期，初日總體提前，近20 a提前尤為突出，使得作物春播適播期變早，體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，農(nóng)作物“春耕期”延長，適宜春播期提前。

表3 作物氣候傾向率（單位d/10 a）

6 小結

（1）近49 a來，萊陽市0-40cm年、季平均地溫均呈明顯上升趨勢，年升幅為0.41-0.61℃／10 a、季平均升幅為0.50℃／10 a，均通過了α=0.001的顯著性水平檢驗。各層地溫平均升幅為春季＞秋季＞夏季＞冬季，與同時期年平均氣溫氣候傾向率比較，地溫氣候傾向率較氣溫偏高0.09-0.29℃／10 a。明顯地溫比氣溫對氣候變暖貢獻大。

（2）該地同期降水量年氣候傾向率呈下降趨勢，季氣候傾向率僅春季略有升幅。夏季和秋季降水量減少，有利于氣溫和地溫升溫，而春季降水偏多，有利于地表及早融化，從而導致春季地溫升溫快。

（3）0-40cm地溫年距平和季距平均呈逐年代升高趨勢。季平均距平為：春季＞秋季＞冬季＞夏季，說明春季升溫幅度最為顯著。

（4）近49 a萊陽異常偏暖年份出現(xiàn)在近幾年較多；春季和冬季的大多數(shù)層次地溫出現(xiàn)異常偏暖，而無異常偏冷現(xiàn)象，且春季異常偏暖次數(shù)遠遠高于異常偏冷次數(shù)，有利春季整體升溫速度較快。

（5）春播期芋頭以2.5 d/10 a、小花生和春玉米以3.4 d/10 a、大花生和地瓜以3.5 d/10 a速度變早。近49 a作物初日最早出現(xiàn)在近幾年，最晚出現(xiàn)在90年代初期，初日總體提前，近20 a提前尤為突出，使得農(nóng)作物“春耕期”延長，適宜春播期提前。