昌吉市近50年春播期淺層地溫變化特征分析

簡詠梅 李奇

摘要：采用昌吉市一般氣候站1970 — 2019年逐月淺層地溫觀測資料，利用氣候傾向率、累積距平、回歸分析等統計方法，對昌吉市近50 年春播期（4 — 5月）淺層地溫的變化特征、趨勢及突變年份進行分析。結果表明，近50 年昌吉市春播期氣溫呈明顯升高趨勢，0～20 cm各土層地溫的變化趨勢不顯著。在年代際變化上，平均氣溫和0 cm土層地溫呈現出先升后降的特征，1970 — 2009年為上升趨勢，2010年以來呈下降趨勢。5、10、15、20 cm土層地溫均呈先降后升再降的特征，1979 — 1989年呈下降趨勢，1990 — 2009年呈上升趨勢，2010年以來呈現下降趨勢。從春播期平均氣溫和各層地溫的每10 年平均對比分析看，氣溫和各層地溫在2000 — 2009年平均值均出現了最大值，表明2000 — 2009年為近50 年中氣溫和地溫最高的10年。通過累積距平法可知，昌吉市近50 年春播期平均氣溫在1996年出現了明顯轉折，之前累積曲線基本上呈下降趨勢，氣溫以負距平為主;之后累積曲線呈明顯上升趨勢，氣溫以正距平為主。0 cm土層平均地溫在1990、2008年出現了明顯轉折。1990年之前累積曲線呈明顯下降趨勢，地溫以負距平為主;1991 — 2008年累積曲線呈明顯上升趨勢，地溫以正距平為主。2008年之后累積曲線呈下降趨勢，地溫以負距平為主;5、10、15、20 cm土層地溫累積距平曲線趨勢較為一致，均在1996年和2008年出現了突變。

關鍵詞：昌吉市;春播期;淺層地溫;特征

中圖分類號：S152? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? 文章編號：1001-1463（2021）11-0050-06

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.11.011

Analysis on Characteristics of Shallow Ground Temperature During Sowing Time of 50 Years in Changji City

JIAN Yongmei， LI Qi

（Changji Meteorological Bureau， Changji Xinjiang 831100， China）

Abstract：In this paper， monthly shallow ground temperature observation data from the general climate station of Changji City from 1970 to 2019 were used to analyze the variation characteristics， trends and abrupt changes of shallow ground temperature in the sowing time（from April to May） of 50 years in Changji City by using statistical methods such as climatic tendency rate， cumulative anomaly and regression analysis.The results showed that the sowing time temperature in Changji City of 50 years presented a significant increase trend， while the change trend of the ground temperature in each shallow layer 0～20 cm was not significant.In terms of the interdecadal variation， the average temperature and the ground temperature of 0 cm show the characteristics of rising first and falling later， the trend of which is rising from 1970 to 2009， and declining since 2010; The ground temperature at 5 cm， 10 cm， 15 cm and 20 cm all showed the characteristics of first decreasing， then increasing， then decreasing. The ground temperature showed a downward trend from 1970 to 1989， an upward trend from 1990 to 2009 and a downward trend since 2010. As can be seen from the comparison and analysis of the average temperature during sowing time and the average temperature of each layer in each decade， the 10-year average temperature and ground temperature of each layer in 2000 — 2009 both reached the maximum value， indicating that 2000 — 2009 was the decade with the highest temperature and ground temperature in nearly 50 years. According to the cumulative anomaly method， the average temperature in the sowing time of nearly 50 years in Changji City appeared an obvious turning point in 1996. Before that， the cumulative curve basically showed a downward trend， with the temperature mainly negative anomaly. After that， the cumulative curve showed an obvious upward trend， with the temperature mainly positive anomaly; The average ground temperature of 0 cm changed significantly in 1990 and 2008. Before 1990， the cumulative curve showed a significant downward trend， with the ground temperature dominated by negative anomaly. From 1991 to 2008， the cumulative curve showed a significant upward trend， with the ground temperature dominated by positive anomaly. After 2008， the cumulative curve showed a downward trend， and the ground temperature was mainly negative anomaly; The average ground temperature cumulative anomaly curves of 5 cm， 10 cm， 15 cm and 20 cm have the same trend， and all showed abrupt changes in 1996 and 2008.

Key words： Changji City;Sowing time;Shallow ground temperature;Characteristics

地溫是表征土壤熱特性的重要指標之一，對區域氣候和植物生長均具有重要影響。陸曉波等[1 ]發現，全國年平均地溫的年代際變化大致經歷了3個階段，即地溫下降階段、相對氣候冷期和90年代后期的升溫階段;強玉柱等[2 ]研究了氣候變化對天水市淺層地溫的影響，發現天水市各淺層平均地溫經歷了“冷—暖”的演變過程;張新軍等[3 ]發現，烏魯木齊近50 年（1962 — 2011年）0～20 cm土層平均地溫總體呈上升趨勢。土壤溫度與農業生產和生態環境緊密相關。張翠華等[4 ]研究了淺層地溫變化對石家莊地區主要農作物的影響，阿布都克日木·阿巴司等[5 ]研究了巴楚縣淺層地溫對春季物候的影響，結果表明，淺層地溫不僅對土壤中氮、磷、鉀等物質的轉化過程有影響，決定土壤資源質量的高低。同時地溫還對作物種子萌發、生長發育、產量有著重要影響[6 - 8 ]。

昌吉市位于天山北麓，亞歐大陸腹地，地處東經86° 24′～87° 37′，北緯43° 06′～45°20′，屬中溫帶大陸性干旱氣候區。有可用耕地8.00 萬hm2，可利用草場54.60萬hm2，土壤有機質含量高，適應種植各種農作物。全市每年作物播種面積約4.67萬hm2，盛產小麥、玉米、水稻、棉花、糖料、油料、西甜瓜和各類水果。昌吉市歷年春播期一般在4月上旬至5月下旬（4月10日至5月20日）。據農業部門分析，棉花應在5 cm土層土壤溫度穩定在14 ℃以上時適時早播，一般以4月20 — 25日為宜;10 cm土層土壤溫度穩定通過15 ℃時是西瓜、甜瓜播種和茄子、茼蒿的定植時間;馬鈴薯在10 cm土層土壤溫度達7 ℃時即可播種;青貯玉米則需10 cm土層土壤溫度穩定在10～12 ℃以上時播種。為加強春播期農業氣象服務工作和為農服務“兩個體系”建設，尋找本地區最適宜的播種期，準確地指導農業生產，需要加強對昌吉市淺層地溫的變化進行研究分析。

1? ?資料與方法

1.1? ?資料選取

采用昌吉市一般氣候站1970 — 2019年逐月淺層地溫觀測資料，利用氣候傾向率、累積距平、回歸分析等統計方法，對昌吉市近50 年春播期（4 — 5月）0、5、10、15、20 cm土層地溫的變化特征、趨勢及突變年份進行分析。

1.2? ?研究方法

1.2.1? ?線性傾向估計法? ?淺層地溫的變化趨勢采用氣候傾向率表征，用一元線性回歸函數表示，即：

Y=a+bt

式中，Y為平均地溫，a為回歸常數，t為時間變量，定義b1=b×10表示為地溫每10年的氣候傾向率。

1.2.2? ?累積距平法? ?距平表示氣候要素值與多年平均值的偏差。是一種常用的，用曲線直觀判斷變化趨勢及突變時間的方法[7 ]。

1.2.3? ?回歸分析? ?利用統計回歸方法建立春播期年平均氣溫與各淺層地溫之間的線性相關性并進行顯著性分析。

2? ?結果與分析

2.1? ?近50 年春播期平均地溫變化趨勢

從圖1可以看出，近50 年昌吉市春播期0、5、10、15、20 cm土層地溫平均值隨著土層深度加深依次降低，分別為19.13、17.05、16.31、15.84、15.23 ℃。0～20 cm土層地溫的變化趨勢基本一致，除0 cm土層地溫外，其他不同深度土層地溫的最大值和最小值出現的時間相同（最大值均出現在1997年，最小值均出現在2010年）。0、5、10、15、20 cm土層地溫1970年以來的氣候傾向率分別為0.300、-0.095、-0.079、0.006、0.043/10 a。不同土層深度的氣候傾向率不盡相同，0、15、20 cm土層地溫均呈現出逐年增加的趨勢，其中0 cm土層地溫的增幅最為顯著，其次是20 cm土層和15 cm土層;5、10 cm土層地溫呈現出緩慢下降趨勢。雖然春播期氣溫波動劇烈，但較前期呈升溫趨勢，熱量自土壤表層向下傳遞，因此較深層地溫低于較淺層地溫。不同深度地溫受氣候變暖影響程度不同，0 cm土層地溫變化速率最大，15 cm土層地溫變化速率最小。

2.2? ?氣溫和地溫的年代際變化特征分析

從圖2、表1可以看出，昌吉市近50 年春播期平均氣溫總體呈現顯著上升趨勢，不同土層（0～20 cm）地溫的變化趨勢均不顯著。在年代際變化上，平均氣溫和0 cm土層地溫呈現先升后降的特征，1970 — 2009年為上升趨勢，2010年以來呈下降趨勢;5、10、15、20 cm土層地溫均呈先降后升再降的特征，1970 — 1989年間呈下降趨勢，1990 — 2009年間呈上升趨勢，2010年以來呈下降趨勢。

從春播期平均氣溫和各層地溫的每10年平均對比分析可以看出，10 a平均氣溫和各層地溫在2000 — 2009年時均出現了最大值，表明2000 — 2009年是近50 年中氣溫和地溫最高的10年。計算氣溫和各層地溫的相鄰10年平均值差值可知，除氣溫外，各層地溫在2010 — 2019年10 a平均較前10年變幅最大。具體來說，平均氣溫較2000 — 2009年下降了0.83 ℃，0、5、10、15、20 cm土層平均地溫分別下降了2.17、1.53、1.45、1.82、1.81 ℃。而氣溫及各土層地溫在1980 — 1989平均較前10年變幅最小。表明氣溫和各層地溫變幅階段性特征明顯，不同年代變化幅度不同，近10 年昌吉市淺層地溫出現了轉折性變化。

從表2可以看出，近50年昌吉市春播期平均氣溫總體呈現上升趨勢，相關系數通過0.05顯著性檢驗，表明氣溫的上升趨勢顯著。而0～20 cm各土層地溫的相關系數均未能通過0.05顯著性檢驗，表明其變化趨勢不顯著。雖然近50 年昌吉市春播期平均氣溫為15.48 ℃，除高于20 cm土層平均地溫0.25 ℃外，低于近50 年其他各層地溫0.36～3.65 ℃。但近50 年平均氣溫的氣候傾向率為0.441/10 a，高于0～20 cm土層地溫的氣候傾向率，表明氣溫對氣候變化的響應更為快速，變化更為顯著。

2.3? ?氣溫與地溫的氣候突變和異常特征分析

通過累積距平法分析相關數據可知，昌吉市近50 年春播期平均氣溫在1996年出現了明顯轉折，在這之前累積曲線基本上呈下降趨勢，氣溫以負距平為主;之后累積曲線呈明顯上升趨勢，氣溫以正距平為主。1970 — 1996年平均氣溫距平為-0.74 ℃，而1997 — 2019年平均氣溫距平為0.87 ℃，說明平均氣溫從1970 — 1996年至1997 — 2019年上升了1.61 ℃。

昌吉市近50 年春播期0 cm土層平均地溫在1990、2008年出現了明顯轉折。1990年之前累積曲線呈明顯下降趨勢，地溫以負距平為主;1991 — 2008年累積曲線呈明顯上升趨勢，地溫以正距平為主。2008年之后累積曲線呈下降趨勢，地溫以負距平為主。分析表明，近50 年春播期5、10、15、20 cm土層平均地溫累積距平曲線趨勢較為一致，均在1996年和2008年出現了突變。1996年以前，5～20 cm土層平均地溫累積距平曲線頻繁波動，1997 — 2008年累積曲線呈明顯上升趨勢，地溫以正距平為主;2009 — 2019年累積曲線呈明顯下降趨勢，地溫以負距平為主。

對比氣溫和地溫可知，氣溫整體波動幅度較各層地溫波動幅度大。1996年突變之前氣溫下降速率較大，而在突變之后呈現明顯的增暖趨勢。0 cm土層平均地溫受氣溫變化影響較大，但反應速度略為滯后;0～20 cm土層平均地溫均在2008年出現了突變，下降趨勢明顯。

2.4? ?氣溫和各土層地溫的相關性分析

由圖3可以看出，氣溫和0 cm土層地溫的相關系數達0.877 4，相關性顯著。同理，氣溫和其余各層地溫的相關系數為0.774 2～0.807 6（表3），表明春播期氣溫與淺層地溫之間存在較強的相關性，其變化趨勢具有較好的一致性。

3? ?結論與討論

近50 年昌吉市4 — 5月春播期氣溫呈明顯升高趨勢，0～20 cm各土層地溫的變化趨勢不顯著。在年代際變化上，平均氣溫和0 cm土層地溫呈現出先升后降的特征，1970 — 2009年為上升趨勢，2010年以來呈現下降趨勢;而5、10、15、20 cm土層地溫均呈現出先降后升再降的特征，1979 — 1989年呈下降趨勢，1990 — 2009年間呈現出上升趨勢，2010年以來呈現下降趨勢。從春播期平均氣溫和各層地溫的每10年平均對比分析可以看出，氣溫和各層地溫在2000 — 2009年10 a的平均值均出現了最大值，表明2000 — 2009年是近50 年中氣溫和地溫最高的10年。氣溫和各層地溫變幅階段性特征明顯，不同年代變化幅度有所不同，近10 年昌吉市淺層地溫出現了轉折性變化。通過累積距平法可知，昌吉市近50 年春播期平均氣溫在1996年出現了明顯轉折，在這之前累積曲線基本上呈下降趨勢，氣溫以負距平為主，在這之后累積曲線呈明顯上升趨勢，氣溫以正距平為主。0 cm土層平均地溫在1990、2008年出現了明顯轉折，1990年之前累積曲線呈明顯下降趨勢，地溫以負距平為主;1991 — 2008年累積曲線呈明顯上升趨勢，地溫以正距平為主。2008年之后累積曲線呈下降趨勢，地溫以負距平為主;5、10、15、20 cm土層平均地溫累積距平曲線趨勢較為一致，均在1996年和2008年出現了突變。1996年以前，5～20 cm土層平均地溫累積距平曲線頻繁波動，1997 — 2008年累積曲線呈明顯上升趨勢，地溫以正距平為主。2009 — 2019年累積曲線呈明顯下降趨勢，地溫以負距平為主。

綜上，昌吉市春播期淺層地溫波動幅度較大，不利于農作物種子的萌發和出苗，增加了播種期的不確定性[9 ]，建議選擇地溫趨于穩定時播種。此外，淺層地溫的影響因素較多，除受氣溫影響外，還受到太陽輻射、土壤性質等多種因素影響[10 ]，需要進一步研究，建立預報模型，指導昌吉市農業播種時間。

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[10] 張煥平，汪青春.? 近40年青海淺層地溫的變化特征[J].? 中國農業氣象，2013，34（2）：146-152.

（本文責編：楊? ?杰）

收稿日期：2021 - 08 - 24

作者簡介：簡詠梅（1976 — ），女，新疆昌吉人，副高級工程師，在讀碩士，研究方向為氣象服務與應用氣象。聯系電話：（0）18999266012。Email：54423391@qq.com。

通信作者：李? ?奇（1963 — ），男，新疆昌吉人，副高級工程師，研究方向為氣象服務與應用氣象。Email：573339528@qq.com。