吉林省1965～2007年地表溫度的變化趨勢

劉洋 劉濱輝

摘要 利用吉林省20個國家基準氣象站1965～2007年逐日地表溫度以及氣溫的相關資料，采用氣候傾向率、相關分析等統計方法，分析吉林省43年來地表溫度的變化規律以及地表溫度變化與氣溫之間的關系。結果表明，1965～2007年吉林省地表平均溫度、地表最高、地表最低溫度均呈顯著上升趨勢，增幅分別為0.62、0.50、0.85 ℃/10a，且地溫的升溫幅度高于相應氣溫的升溫幅度；2000年以后地表平均溫度與平均氣溫之間的變化存在明顯的分化，這主要是由于地表最低溫度的快速上升引起的；地表日較差與氣溫日較差均呈現顯著下降趨勢，地表日較差的下降發生在2000年之后，氣溫日較差的下降發生在1985年之前。

關鍵詞 吉林省；地溫；變化趨勢；晝夜溫差

中圖分類號 S161 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）31-11021-03

Variation Trend of Soil Temperature in Jilin Province during 1965-2007

LIU Yang， LIU Binhui*

（Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150040）

Abstract Using daily 0 cm ground temperature and air temperature from 20 weather stations in Jilin Province for the period from 1965 to 2007， adopting the statistical methods include linear trend and correlation analysis， the variation trend of annual mean soil temperature and the relationship between soil and air temperature were analyzed. The result showed that： from 1965 to 2007 annual mean surface soil temperature， maximum soil surface temperature， minimum soil surface temperature increase significantly with the rate of 0.62， 0.50， 0.85 ℃/10a， respectively， the magnitude rate of change for soil surface temperature is larger than correspondent air temperature； there is an obvious difference between soil surface and air temperature since 2000， which caused by the rapidly increase of the minimum soil surface temperature； the soil surface and air diurnal temperature range reveals rapidly decreasing trend， the period of rapidly decrease of the former occur after 2000 and latter before 1985.

Key words Jilin Province； Soil temperature； Variation trend； Diurnal temperature range

近幾十年全球變化已成為研究的焦點，IPCC報告指出在1906～2005年間地表溫度升高了0.74 ℃，且這種升溫主要集中在近50年，在中高緯度地區尤為突出^[1-2]。在以往氣候變化的研究中主要側重于對氣溫與降水的研究，對地溫的研究較少。近年來，地溫的研究越來越受到國內外學者的重視，Hu等分析了美國北部和西北部10 cm地溫的變化，發現大多數站點地溫均呈現升溫趨勢^[3]；Zhang等通過研究加拿大地溫、氣溫以及降水相關資料，得出三者存在復雜的響應關系^[4]。

Ye 瘙 塂 ilrmak通過研究土耳其西部地溫的變化，發現地溫在4個季節中均呈現上升的趨勢^[5]。一些學者也對凍土區進行了研究，發現凍土層溫度也呈現升高的趨勢^[6-7]。我國有關地溫方面的研究始于20世紀90年代，代玉田等對我國淺層地溫進行了研究，結果表明淺層地溫呈現明顯升高趨勢，且氣溫和降水是影響地溫上升的主要原因^[8-9]。也有一些學者對深層地溫進行了研究，發現深層地溫也呈現升高趨勢^[10-11]。在以往的研究中主要是針對淺層地溫以及青藏高原地區的深層地溫進行研究，但對吉林省地表溫度的研究比較少。筆者基于吉林省20個站點的地表溫度及氣溫資料，對吉林省地表溫度進行分析，以期為當地農業生產布局和結構調整提供依據。

1 資料與方法

1.1 資料選取

研究數據選取吉林省內20個國家基準氣象站1951～2007年的每日0 cm平均地溫（STmean）、0 cm最高地溫（STmax）和0 cm最低地溫（STmin）、平均氣溫（Tmean）、最高氣溫（Tmax）、最低氣溫（Tmin）資料。大部分氣象站是從1950年初期開始觀測的，由于儀器等相關問題1951～1964年的數據缺失較嚴重，因此該研究僅采用1965～2007年的氣象數據進行研究，在這期間數據缺失較少，數據較完整，缺失數據僅占總觀測值的0.09%。

所選取的20個氣象站點在吉林省的空間分布合理，有較好的代表性（圖1）。對于數據連續缺失超過7 d的，采用逐步回歸法進行插值，對于數據連續缺失在7 d以內的情況則使用簡單的線性插補法。且將插補過的數據與原始數據的計算結果進行了比對，差異不顯著^[12]。

1.2 分析方法

把整個吉林省作為一個整體，計算年平均值，以年份為自變量、平均地溫為因變量，用一元線性方程y=a0+a1t描述地溫隨時間的變化趨勢，用a1×10表示平均地溫每10年的氣候傾向率^[13]，以分析整個吉林省地表溫度的年際變化。

2 結果與分析

2.1 吉林省地表溫度的氣候傾向率

由吉林省1965～2007年地表溫度的氣候傾向率（表1）可知，1965～2007年0 cm平均地溫（STmean）、0 cm最高地溫（STmax）和0 cm最低地溫（STmin）均呈現顯著上升趨勢，增幅分別為0.62、0.50、0.85 ℃/10a，其中STmin增幅最大，STmax增幅最小。經分析發現，地表溫度2000年前后的氣候傾向率呈現很大差別，為了更好地了解地表溫度的變化規律，同時計算了1965～2000年地表溫度的傾向率，總體看STmean、STmax以及STmin在1965～2000的氣候傾向率也均呈現顯著上升趨勢，增幅分別為0.45、0.48、0.55 ℃/10a。對比2個時間段的變化幅度發現，2個時間段的增幅差呈現STmin>STmean>STmax，其中STmax在2個時間段的增幅差距不大，而STmean和STmin在1965～2007年的增溫幅度比1965～2000年的增溫幅度分別高出0.17、0.30 ℃/10a。由地溫日較差（SDTR）的傾向率也可以明顯看出，2000年以前SDTR的變化還不顯著，但整個時間段SDTR是顯著下降。由此可以看出1965～2000年STmean顯著上升主

要是由于STmax與 STmin的顯著上升，2000年以后則主要是由于STmin顯著上升導致的。

與此相對應，吉林省1965～2007年平均氣溫（Tmean）、最高氣溫（Tmax）、最低氣溫（Tmin）均呈現顯著上升趨勢，上升幅度分別為0.45、0.34、0.58 ℃/10a，其中上升幅度最大的為Tmin，上升幅度最小的是Tmax；在1965～2000年間Tmean、Tmax、Tmin的氣候傾向率也均呈現升高趨勢，上升幅度分別為0.47、0.30、0.64 ℃/10a（表1）。對比1965～2007年與1965～2000年氣溫的傾向率可知，其中Tmean、Tmin以及氣溫日較差（DTR）1965～2007年的變化幅度小于1965～2000年的變化幅度，Tmax則呈現相反的規律，但差距均不大。

對比地溫、氣溫的氣候傾向率可知，整個時間段地表溫度無論是白天還是夜間的升溫幅度均大于氣溫的升溫幅度。1965～2000年除STmax的氣候傾向率大于Tmax外，STmean、STmin均小于Tmean與Tmin的氣候傾向率，2000年以前STmean與Tmean的變化較一致，2000年以后STmean的升溫幅度顯著高于Tmean，這主要是由于2000年以后STmin顯著上升造成的。

2.2 吉林省地表溫度的年際變化規律

為了更好地了解地溫的長期變化規律，對時間序列進行了九點二次平滑處理。由圖2可知，1965～2007年STmean、STmax、STmin均呈上升趨勢；STmean、STmax的變化大致可分為2個階段，1965～2000年持續穩步上升，2000年以后STmean明顯上升，升溫幅度較大，而STmax變化不大；STmin的變化大致可以分為3個階段，1965～1990年持續穩步上升，1990～2000年基本不變，2000～2007年突然上升；STmax和STmin的這種變化規律使SDTR的變化也呈階段性，1965～2000年的SDTR基本不變，2000年以后迅速下降。由此進一步證實STmean的變化趨勢與STmax、STmin密切相關，且2000年以后的變化趨勢主要是由于STmin的變化帶來的。

綜上可知，1965～2000年之間STmean與Tmean之間的變化趨勢基本一致，且地溫的升溫幅度稍低于氣溫，但自2000年以后地溫迅速上升，而此階段氣溫基本保持不變。由于STmax、STmin與Tmax、Tmin的隨時間變化規律存在差異，因此SDTR與DTR的隨時間變化規律差距也比較大。主要表現為DTR在1965～1985年呈現下降趨勢，SDTR在2000年以后呈現下降趨勢。

2.3 吉林省地表溫度與氣溫的關系

為了更好地了解地表溫度與氣溫的關系，對地表溫度與氣溫進行相關分析。結果表明（表2），STmean與STmax、STmin、Tmean、Tmax、Tmin均呈顯著的正相關關系，且相關系數均在0.80以上。其中與STmean的相關性由強到弱呈現為Tmean> STmin >Tmin> Tmax >STmax，總體看STmean與Tmean的相關性最強，相關系數達0.95，STmax、STmin 與氣溫指標的相關性強于與地溫指標的相關性，且STmax與Tmax相關性最強，STmin與Tmin相關性最強。與此相對應，雖然Tmax 、Tmin與相對應的STmax、STmin相關性最強，但它們與其他氣溫指標的相關性強于地溫指標的相關性，這符合以前的研究結果^[14]，即氣溫是影響地溫的最主要的氣象因子，且氣溫對地溫的影響強于地溫對氣溫的影響。STmin與STmean的相關性強于STmax與STmean相關性，這也可以更好地解釋為何2000年以后STmean變化與STmin比較一致。

SDTR與STmax呈顯著正相關，與STmin呈顯著負相關，進一步證實了2000年以后SDTR的下降是由STmax的下降與STmin的上升共同作用的結果；與此相對應，DTR與Tmin呈顯著負相關，與Tmax相關性很弱，進一步證實了1985年以前DTR的下降主要是由于Tmin上升導致的。

3 結論

（1）1965～2007年吉林省STmean、STmax、STmin均呈現顯著上升趨勢，增幅分別為0.62、0.50、0.85 ℃/10a；與此相對應，Tmean、Tmax、Tmin也均呈現出顯著上升趨勢，上升幅度分別為0.45、0.34、0.58 ℃/10a，整個時間段地表溫度升溫幅度大于氣溫的升溫幅度。

（2）雖然1965～2007年吉林省STmean、STmax、STmin與Tmean、Tmax、Tmin均呈上升趨勢，但它們隨時間變化的規律卻存在明顯的差別。主要體現在2000年以后Tmean、Tmax、Tmin均變化不大，同時STmax略微下降，STmean、STmin呈顯著上升趨勢。

（3）1965～2007年吉林省SDTR與DTR均呈顯著下降趨勢，但他們的變化規律有所不同，SDTR是從2000以后呈顯著下降趨勢，DTR是在1985年之前呈現顯著下降趨勢。

（4）地溫與氣溫的相關關系表明，氣溫對地溫的影響強于地溫對氣溫的影響，這也證實了氣溫是主導地溫變化的重要氣象因子。

[1] IPCC.Climate change 2007：Synthesis report[R].Oslo：Intergovernmental Panel on Climate Change，2007.

[2] QIAN B，GREGORICH E G，GAMEDA S，et al.observed soil temperature trends associated with climate change in Canada[J].Journal of Geophysical Research：Atmospheres，2011，116（D2）：116.

[3] HU Q，FENG S. A daily soil temperature dataset and soil temperature climatology of the contiguous United States[J]. Journal of Applied Meteorology，2003，42：1139-1156.

[4] ZHANG Y，CHEN W J，SMITH S L，et al. Soil temperature in Canada during the twentieth century：complex responses to atmospheric climate change[J]. J Geophys Res，2005，110（D03）：112.

[5] YE 瘙 塁 ILRMAK E.Soil temperature trends in Büyük Menderes Basin，Turkey[J].Meteorol App，doi：10.1002/met.1421

[6] ZHANG T，BARRY R G，GILICHINSKY D，et al.An amplified signal of climatic change in soil temperatures during the last century at Irkutsk，Russia[J].Climatic Change，2011，49：41-76.

[7] OSTERKAMP T E，ROMANOVSKY V E. Evidence for warming and thawing of discontinuous permafrost in Alaska[J]. Permafrost and Periglacial Processes，1999，10（1）：17-37.

[8] 代玉田，裴洪芹，楊玉霞，等.近49 年德州淺層地溫的變化特征分析[J].中國農業氣象，2011，32（S1）：1-4.

[9] 周紹毅，勞煒，蘇志，等.1961-2010 年廣西淺層地溫變化特征[J].西南農業學報，2012（4）：1372-1375.

[10] 張煥平，張占峰，汪青春.近50 年西寧深層地溫變化趨勢分析[J].安徽農業科學，2012，40（27）：13493-13494，13572.

[11] 胡軍，杜軍，邊多，等.西藏地溫的年際和年代際變化[J].地理學報，2007（9）：925-934.

[12] LIU B H，XU M，HENDERSON M，et al.Taking China Temperature Daily Range Warming Trends and Regional Variations[J].Journal of Climate，2004，17：4453-4462.

[13] 袁文濤，劉濱輝，劉燕玲，等.黑龍江省1960-2000年0cm地溫的變化趨勢[J].東北林業大學學報，2011（2）：67-71.

[14] CARSON J E.Soil temperature and weather conditions[R].Argonne，Illinois：Argonne National Laboratory ANL-6470，1961：244.