吉林市地區(qū)近20年土壤濕度時(shí)空變化特征分析

劉濤 李彥良 肖慶斌 鄭玉琦 楊璐銘

摘要：通過對(duì)吉林市地區(qū)1997年～2016年10～80cm 的土壤相對(duì)濕度現(xiàn)有數(shù)據(jù)的旬變化特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明：土壤濕度變化具有明顯的季節(jié)特征，12月～次年3月初的土壤相對(duì)濕度往往較小，最大值出現(xiàn)在4月中旬，而10月份明顯增大。一年中土壤濕度變化為“兩峰兩谷型”和“拋物線”的特征。土壤濕度的空間分布總體大致為從南到北逐漸減小的分布特征。其中，12月～次年3月中上旬，地區(qū)內(nèi)東北部土壤濕度大于西南部，均屬于輕旱—嚴(yán)重干旱狀態(tài)；3月下旬～7月底，地區(qū)內(nèi)土壤濕度基本處于適宜狀態(tài)，出現(xiàn)局部干旱或土壤過濕可能性較大；8月份土壤濕度以永吉—樺甸為中心，向西南部和東北部逐漸減?。?月～10月份南部高于北部；11月份東南部高，西南部低。

關(guān)鍵詞：吉林地區(qū)；土壤濕度；時(shí)空變化

中圖分類號(hào)： S152 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.22.041

土壤濕度是土壤濕潤(rùn)狀況、水汽收支平衡過程中控制地表水和能量的重要物理量，也是能源與物質(zhì)交換過程中土地—大氣相互作用的“調(diào)節(jié)器”[1]。土壤水分的變化可以導(dǎo)致土壤熱容量和地表反照率的變化，進(jìn)而導(dǎo)致地表和低層大氣水熱平衡過程的變化。吉林市位于吉林省中部，東北腹地，長(zhǎng)白山區(qū)向松嫩平原過渡地帶，中心城市四面環(huán)山，三面環(huán)水，松花江呈倒S型穿城而過。吉林市下轄龍?zhí)秴^(qū)、昌邑區(qū)、船營(yíng)區(qū)、豐滿區(qū)、永吉縣、蛟河市、磐石市、樺甸市、舒蘭市、高新區(qū)、經(jīng)開區(qū)。吉林市位于中緯度歐亞大陸的東側(cè)，屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候。受西風(fēng)環(huán)流系統(tǒng)的影響，全市氣溫、降水、日照等都有明顯的季節(jié)變化和差異，夏季溫?zé)岫嘤?，冬季寒冷干燥。年平均氣?.9℃，1月平均溫度最低-13.9℃，7月平均氣溫最高21.2℃，全年平均降水量701.1mm。分析土壤水分含量的演變趨勢(shì)和規(guī)律對(duì)整個(gè)氣候系統(tǒng)中各種因子的互相制約、氣候變化趨勢(shì)分析和影響評(píng)價(jià)、農(nóng)林作物的生態(tài)平衡、植被與分布、生長(zhǎng)發(fā)育與產(chǎn)量形成以及防災(zāi)減災(zāi)都具有很重要的理論意義和實(shí)際價(jià)值[2- 3]。

1 資料說明

本文土壤濕度資料來源于吉林市轄五縣（市），由于土壤濕度的變化具有不穩(wěn)定性和復(fù)雜性，加之目前土壤濕度記錄資料較少，同時(shí)吉林地區(qū)冬季土壤凍結(jié)，1月、2月和12月份的土壤濕度資料缺乏參考價(jià)值。吉林市地區(qū)人工土壤濕度觀測(cè)從每年化凍期（3月份）開始到上凍期（11月份）結(jié)束，每個(gè)月逢5日、逢8日、逢10日以及月末最后一天取樣。冬季由于土壤凍結(jié)，土壤濕度人工觀測(cè)在冬季是不取樣的，本文所用的冬季土壤濕度數(shù)據(jù)是在2010年自動(dòng)土壤水分觀測(cè)站建成后監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)。資料選取的站點(diǎn)均滿足時(shí)間跨度足夠長(zhǎng)、地點(diǎn)分布有代表性的要求，所得到的資料數(shù)據(jù)通過了有效性檢驗(yàn)后再進(jìn)行分析。因此，文章重點(diǎn)分析時(shí)間段為3月～11月份，12月～次年2月土壤濕度資料分析從簡(jiǎn)。

2 土壤濕度時(shí)空變化特征

2.1土壤水分年內(nèi)旬變化特點(diǎn)

從1997年～2016年吉林市地區(qū)10cm土壤濕度旬平均變化分布圖來看（圖1），旬平均土壤相對(duì)濕度最大值為78.4%（出現(xiàn)在4月中旬），旬平均土壤相對(duì)濕度最小值僅為5.1%，出現(xiàn)在1月、2月份。全年表現(xiàn)為“兩峰兩谷型”，其主要原因是：12～次年3月初為土壤結(jié)凍期所致。

從1997年～2016年吉林市地區(qū)20cm土壤濕度旬平均變化分布圖來看（如圖2），20cm土壤相對(duì)濕度旬平均最大值為98.7%，接近飽和狀態(tài)，出現(xiàn)在4月中旬，土壤相對(duì)濕度旬平均最小值26%左右，出現(xiàn)在1月、2月份，另外12月份土壤濕度平均值也低于35%。全年表現(xiàn)為“拋物線型”，其主要原因是：12月～次年3月初為土壤結(jié)凍期，4月溫度回升，冰雪融化所致。

從1997年～2016年吉林市地區(qū)30cm土壤濕度旬平均變化分布圖來看（圖3），30cm土壤相對(duì)濕度旬平均最大值達(dá)90%以上，出現(xiàn)在4月中旬；旬平均土壤相對(duì)濕度最小值40%左右，出現(xiàn)在1～3月份，另外8月份由于受降水、日照、蒸發(fā)等影響，土壤濕度相對(duì)較低。全年表現(xiàn)為“拋物線型”，其主要原因是：1～3月初為土壤結(jié)凍期，4月溫度回升，冰雪融化所致。

從1997年～2016年吉林市地區(qū)50cm土壤濕度旬平均變化分布圖來看（如圖4），4月中旬50cm土壤相對(duì)濕度均接近飽和狀態(tài)，土壤相對(duì)濕度最小值61.9%，出現(xiàn)在1月、2月份。全年表現(xiàn)為“拋物線型”，其主要原因是：1月、2月份為土壤結(jié)凍期，到4月中旬隨著溫度回升，冰層溶解所致。

從1997年至2016年吉林市地區(qū)80cm土壤濕度旬平均變化分布圖來看（如圖5），80cm土壤相對(duì)濕度旬平均最大值為94.5%，出現(xiàn)在7月下旬和10月份，土壤相對(duì)濕度旬平均最小值71.4%，出現(xiàn)在2月上中旬。全年表現(xiàn)為“拋物線型”，其主要原因是：1月、2月份土壤結(jié)凍，水分不易下滲，而由于吉林市地區(qū)夏秋季節(jié)多雨，導(dǎo)致10月份土壤濕度明顯增大。

通過對(duì)吉林市地區(qū)1997年～2016年10～80cm的土壤相對(duì)濕度數(shù)據(jù)的旬變化特點(diǎn)的分析，可以看出：吉林市地區(qū)土壤水分的季節(jié)性變化特征十分明顯，由于12月～次年3月初為土壤結(jié)凍期，10cm土壤水分變化幅度較大，12月～次年3月初土壤水分往往較小，全年表現(xiàn)為“兩峰兩谷型”的變化特征。從1997年～2016年吉林市地區(qū)20～50cm土壤濕度旬平均變化分布圖來看（如圖2，圖3，圖4），土壤相對(duì)濕度的旬平均最大值為98.7%，接近飽和狀態(tài)，出現(xiàn)在4月中旬；由于12月～次年3月初土壤凍結(jié)，土壤相對(duì)濕度較小。全年表現(xiàn)為“拋物線型”，其主要原因是：12月～次年3月初為土壤結(jié)凍期，4月溫度回升，冰雪融化所致。從1997年～2016年吉林市地區(qū)80cm土壤濕度旬平均變化分布圖來看（圖5），80cm土壤相對(duì)濕度旬平均最大值為94.5%，出現(xiàn)在7月下旬和10月份，土壤相對(duì)濕度旬平均最小值71.4%，出現(xiàn)在2月上中旬。全年表現(xiàn)為“拋物線型”，其主要原因是：1月、2月份土壤結(jié)凍，水分不易下滲，而由于吉林市地區(qū)夏秋季節(jié)多雨，導(dǎo)致10月份土壤濕度明顯增大。

2.2 吉林市地區(qū)土壤濕度空間分布特征

分析四季土壤濕度的空間分布特征時(shí)，土壤濕度采用的是冬季（12～次年2月）、春季（3～5月）、夏季（6～8月）、秋季（9～11月）的平均值。冬季土壤濕度南部低于北部，樺甸市的土壤濕度（36.7%）為區(qū)域內(nèi)冬季最低，舒蘭市的土壤濕度最高（58.5%）；春季土壤濕度保持在較高水平，區(qū)域內(nèi)春季最小為56.8%（出現(xiàn)在磐石市），最高為85.3%（出現(xiàn)在樺甸市）；夏季吉林地區(qū)內(nèi)土壤濕度表現(xiàn)為適宜狀態(tài)，介于70%～85%之間，其中磐石市的土壤濕度最大；秋季土壤濕度最高，各地差異也最大，樺甸市的土壤濕度最大（92.3%），而永吉縣和舒蘭市的西北部地區(qū)土壤濕度不足50%。

吉林市地區(qū)土壤濕度的空間分布具有南部偏低，北部偏高的特征。淺層（0～30cm）土壤相對(duì)濕度季節(jié)性變化幅度較大，冬季（12月～次年3月中上旬），區(qū)域的東北部土壤濕度大于西南部，均屬于輕旱—嚴(yán)重干旱狀態(tài)；春季—夏季前期（3月下旬～7月底），區(qū)域內(nèi)土壤濕度基本處于適宜狀態(tài)，永吉、磐石、樺甸和蛟河也有可能出現(xiàn)局部的干旱或土壤濕度偏大；夏季后期（8月份）土壤濕度以永吉—樺甸為中心，向西南部和東北部逐漸減小；秋季前期（9～10月份）吉林地區(qū)土壤濕度為南部高于北部；秋季后期（11月份）土壤濕度表現(xiàn)為東南部高，西南部低。內(nèi)中層（40～60cm）和深層（70～100cm）土壤相對(duì)濕度變化與淺層基本一致，通常以永吉、樺甸為高值中心，西南部高于東北部，但秋季后期（11月份）土壤濕度的低值中心出現(xiàn)在永吉縣?？傊?，吉林市地區(qū)土壤濕度的空間分布大致從南到北逐漸減小。

吉林市地區(qū)冬干夏雨季風(fēng)氣候特點(diǎn)明顯，土壤濕度表現(xiàn)為冬季相對(duì)較小，春、夏、秋三季相對(duì)較高的季節(jié)變化。空間分布上表現(xiàn)為永吉、樺甸土壤濕度變化幅度偏大且相對(duì)偏濕，區(qū)域內(nèi)其他地區(qū)四季差異相對(duì)較小。

2.3土壤濕度的垂直分布特征

通過對(duì)圖3～5的分析可知：2月份由于受凍土層的影響，表層土壤濕度較低；隨著溫度不斷升高，5月份淺層土壤濕度達(dá)到最大值；8月份土壤濕度主要受降水和蒸發(fā)影響，變化幅度較大；11月份土壤濕度變化比較穩(wěn)定；從不同深度的土壤水分變化情況來看，淺層土壤（0～30cm）的變化幅度較大，而深層土壤（70～100cm）的變化幅度較小，全年總體上來說，土壤濕度變化表現(xiàn)為淺層變化幅度大，深層變化幅度小。

通過分析可以看出：吉林市地區(qū)2月份、3月份上層土壤濕度相對(duì)較小，向下層延伸具有滯后性，滯后時(shí)間約為10天；4～5月份由于溫度不斷回升，土壤濕度較大；6～8月份因?yàn)闇囟容^高、蒸發(fā)量增大，表層土壤水分含量較少，土壤濕度垂直變化幅度偏大，30cm土壤以下各層土壤水分分布均勻，其他月份土壤濕度垂直變化較大。同時(shí)存在明顯的季節(jié)性變化，冬半年中上層土壤濕度較大，6～8月份土壤濕度最小。

3結(jié)論

通過對(duì)吉林市地區(qū)1997年～2016年10～80cm 的土壤相對(duì)濕度數(shù)據(jù)的旬變化特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明：吉林市地區(qū)土壤濕度變化具有明顯的季節(jié)特征，由于12月～次年3月初為土壤結(jié)凍期，土壤濕度往往較??；土壤相對(duì)濕度最大值出現(xiàn)在4月中旬；夏秋季節(jié)多雨，導(dǎo)致10月份土壤濕度明顯增大。在一年中土壤濕度變化為“兩峰兩谷型”的特征。

吉林市地區(qū)土壤濕度的空間分布總體大致為從南到北逐漸減小的特征。其中，12月～次年3月中上旬，區(qū)域的東北部土壤濕度大于西南部，均屬于輕旱—嚴(yán)重干旱狀態(tài)；3月下旬～7月底，區(qū)域內(nèi)土壤濕度基本處于適宜狀態(tài)，出現(xiàn)局部干旱或土壤過濕可能性較大；8月份土壤濕度以永吉—樺甸為中心，向西南部和東北部逐漸減小；9～10月份吉林市地區(qū)土壤濕度為南部高于北部；11月份土壤濕度表現(xiàn)為東南部高，西南部低。

參考文獻(xiàn)

[1]程善俊，黃建平，季明霞，等.中國(guó)華北暖季土壤濕度的變化特征[J].干旱氣象，2015，33（05）：723-731.

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[3]孫倩倩，劉晶淼，梁宏.東北地區(qū)土壤濕度的區(qū)域性預(yù)報(bào)模型研究[J].自然資源學(xué)報(bào)，2014，29（06）：1065-1075.

作者簡(jiǎn)介：劉濤，碩士，助理工程師，研究方向：氣象業(yè)務(wù)管理。