大連地區淺層地溫變化特征分析

李 銘 王洪祥

（1大連市防雷減災中心，遼寧大連 116001；2大連市氣象信息中心，遼寧大連 116001）

下墊面對全球氣候變化和生態環境有不可忽視的影響。隨著近地面大氣溫度、降水、日照等氣候特征因子的變化在氣候演變研究中愈加被重視，相關研究逐步開展，但淺層地溫氣象資料研究相對較少[1-2]。

大連市地處遼東半島最南端，東瀕黃海，西臨渤海，南與山東半島隔海相望，北依遼闊的東北平原。大連市是我國北方重要的港口、工業、貿易、金融和旅游城市，是東北亞重要的國際航運中心、國際物流中心和區域金融中心。全市陸地總面積1.26萬km2，耕地面積36.07萬hm2，海岸線長2 211 km，管轄海域面積2.9萬km2，下轄6個區、3個縣級市、1個海島縣和5個先導區。大連市農業資源豐富，地貌類型多樣，海洋灘涂養殖面積比較大，氣候溫和，冬無嚴寒，夏無酷暑，四季分明，無霜期長，具有發展糧食、漁業、水果、畜牧、蔬菜、花卉得天獨厚的優越條件。地溫變化會對作物生長發育造成不同程度的影響。因此，本文基于淺層地溫數據的分析研究，明確其對大連地區農業可持續發展的重要作用，為研究淺層地溫的變化及其與氣候的相互影響提供科學參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

2016年12月20日，由國家氣象信息中心牽頭建設的全國綜合氣象信息共享平臺（CIMISS）正式業務化運行，標志著以CIMISS為核心的國省統一數據環境正式建立，同時標準、統一的支撐氣象核心業務系統的數據生態也已初步形成。CIMISS數據系統的建立實現了氣象數據的“四統一”，即數據標準統一、數據來源統一、數據流程統一和數據服務統一。因此，基于“四統一”獲取的數據是準確無誤、可以按標準使用的氣象數據。本文從遼寧省氣象局下發的CIMISS數據接口獲取大連氣象站淺層地溫資料月數據，并將其入庫到大連地區百年歷史資料數據平臺。其中獲取核心腳本代碼如下：

1.2 研究方法

通過平臺分析獲得不同土層深度的年、季、月地溫值，由于個別年份缺測，故選擇2004—2017年連續14年的持續地溫數據，對其年、月、季變化趨勢進行分析，得出大連氣象站淺層地溫變化規律。

2 結果與分析

2.1 淺層地溫年分布特征

由圖1可知，14年中淺層地溫總體呈現先降低后升高的變化趨勢，并且5 cm、10 cm、15 cm、20 cm等4個不同深度的淺層地溫變化趨勢一致，都是在2010年降至最低再持續升高。2004—2013年的最高地溫為13.5℃，進入2014年后，最高地溫持續升高到14.5℃。大連氣象站的淺層地溫在2009—2010年下降幅度最大，達到1.5℃以上；在2013—2014年上升幅度最大，達到1.2℃以上；其他年份都呈現0.5℃左右的升降幅度。地溫的總體上升趨勢與全球氣溫升高有一定關系，并且2010年拐點后明顯呈持續上升的趨勢。大連氣象站各層地溫變化率基本一致。2010年地溫最低側面反映了大連氣象站2020年相對其他年份更加寒冷。

從5 cm、10 cm、15 cm、20 cm等4個深度土層具體來分析，2015年之前，10 cm地溫平均值在4層土壤溫度中最低，15 cm地溫平均值在4層土壤溫度中最高；在2015年后5 cm地溫平均值為各層中最高。4層總體趨勢變化非常一致，各層之間土壤溫度差別非常小，范圍為0.1～0.2℃。從14年的平均地溫來看，5 cm、10 cm、15 cm、20 cm 年平均地溫分別為 13.3、13.2、13.3、13.3℃，即各層年平均地溫差別小。

2.2 淺層地溫月分布特征

由圖2可知，淺層地溫分布與不同月份對應的太陽輻射強度關系較密切[3-4]。不同深度土層的溫度隨著各個月份太陽輻射強度變化而變化。從月分布規律來看，1—7月大連氣象站各層地溫逐月升高，其中1月和2月各層地溫均在0℃以下，3月開始跳躍式升高，7—12月逐月降低，1—12月總體趨勢是先升高后降低。對5 cm、10 cm、15 cm、20 cm各層地溫進行比較分析：土層深度越深受太陽輻射影響越小；反之，土層深度越淺受太陽輻射影響越大。土壤吸收太陽輻射帶來的熱量后，自身土層溫度升高并將熱量傳遞給臨近土層。由于土壤具有導熱性，故越接近地面，溫度升高越快；越遠離地面，溫度升高越慢。各月地溫變幅（上升和下降）基本在5℃左右。6—8月淺層氣溫最高，基本都在25℃左右；12月至翌年2月最低，都在0℃左右。

對1—12月具體每個月地溫變化情況進行分析：5 cm、10 cm、15 cm、20 cm 土層的最低溫度都出現在 1 月，分別是-2.7、-2.3、-1.8、-1.3℃，最低溫度隨著土層深度增加而升高；5 cm、10 cm、15 cm、20 cm土層的月最高溫度都出現在7月，分別是27.1、26.6、26.3、25.9℃，最高溫度隨著土層深度增加而降低。月最低溫度和月最高溫度均符合土壤導熱規律[5-6]。

2.3 淺層地溫季分布特征

根據大連氣象站1—12月的土層溫度月均值按季統計取平均值，作為季數據分析。本文將3—5月定義為春季，將6—8月定義為夏季，將9—11月定義為秋季，將12月至翌年2月定義為冬季。依據大連氣象站淺層地溫季分布（圖3），明顯得出：夏季淺層溫度最高，溫度都在25℃以上；秋季次于夏季，溫度普遍為14.5～15.5℃；春季位于第三檔，溫度為12.2～13.5℃；冬季淺層溫度最低，基本在0℃以下，只有20 cm地溫略高于0℃（0.1℃），5 cm地溫最低（-1.1℃）。比較各層的土壤溫度來看，春季、夏季土層深度與土層溫度成負相關：土層深度越淺，土層溫度越高；土層深度越深，土層溫度越低。秋季和冬季卻相反，各個土層深度越靠近地面，對應的土層溫度越低；土層深度越遠離地面，土層溫度越高，說明秋季土層深度和土層溫度成正相關。就四季平均地溫值來看，春季為12.9℃，夏季為25.7℃，秋季為15.0℃，冬季為-0.5℃。各個季節地溫均值與當季對應的太陽輻射強度一致：夏季輻射強度最大，故平均地溫值最高；冬季輻射強度最低，故平均地溫值最低；春季和秋季處于冬季和夏季之間。綜合來看，季節淺層地溫分布規律與月份分布變化規律一致。

3 結論

大連氣象站2004—2017年各淺層（5 cm、10 cm、15 cm、20 cm）地溫數據分析結果表明，大連氣象站近14年不同深度土層溫度變化規律如下：

（1）年分布規律為先降低后升高，2010年是拐點年，且不同深度淺層地溫變化趨勢一致，總體上升趨勢與全球氣溫升高有一定的關系。大連氣象站各層變化率與土層深度關系不大，各層變化率基本一致。從5 cm、10 cm、15 cm、20 cm等4個土層具體來分析，2015年之前，10 cm地溫平均值在4層土壤溫度中最低，15 cm地溫平均值在4層土壤溫度中最高；但在2015年后5 cm地溫超過了15 cm地溫。

（2）淺層地溫月分布變化與各月太陽輻射強度關系密切，具體是1—7月逐月升高、7—12月逐月降低，土層深度與太陽輻射成負相關，各月溫度變化幅度在5℃左右。土層深度越深，受太陽輻射影響越小；土層深度越淺，受太陽輻射影響越大。從1—12 月每個月變化來分析，5 cm、10 cm、15 cm、20 cm各層的月最低溫度均出現在1月，月最高溫度均出現在7月，4層的最高溫度隨著土層深度增加而降低，月最低溫度和月最高溫度符合土壤導熱規律。

（3）淺層地溫的季分布上，土層深度與土層溫度在春季、夏季成負相關，在秋季、冬季成正相關。各個季節淺層地溫均值與各季節太陽輻射強度一致。就四季平均地溫值來看，春季為12.9℃，夏季為25.7℃，秋季為15.0℃，冬季為-0.5℃。夏季輻射強度最大，故平均地溫值最高；冬季輻射強度最低，故平均地溫值最低；春季和秋季位于冬季和夏季之間。綜合來看，季節淺層地溫分布規律與月份分布規律變化一致。