廊坊市地温变化特征分析

摘要 利用廊坊市1980―2015年g地温、降水等观测数据，研究了该地区0～40 cm地温的年、月变化特征、0～320 cm地温的日变化特征及关键农时初、终霜冻日期变化等特征。结果表明，随年代变化，0、10、20 cm年平均地温呈上升趋势，40 cm层地温变化趋势特征不明显；大气降水量和0～40 cm层地温之间存在明显的相互影响关系，当年降水量为偏多或转偏多时，一般地温降低，当年降水量为偏少或转偏少时，地温以升高为主；0～40 cm层地温每年3月开始上升，7月达到峰点，随后逐步下降，在次年1月达到最低点，随年代变化，1―5月、11―12月地温升降幅度比较明显，值得关注；0～40 cm层地温日变化曲线峰、谷点随深度依次延迟2～5 h，80～320 cm层地温日变化曲线走势相反，10月至次年2月为下升趋势，4―7月为上降趋势；廊坊初、终霜冻及10 cm地温稳定通过10 ℃日期随年代变化出现延迟和提前现象。

关键词 地温；变化特征；初终霜冻；河北廊坊

中图分类号 P423.3 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）08-0209-03

Change Characteristics Analysis of Ground Temperature in Langfang City

GUO Li-ping HUANG Hao-jie DU Hai-tao

（Langfang Meteorological Bureau of Hebei Province，Langfang Hebei 065000）

Abstract Based on the observation data of ground temperature and precipitation in Langfang City from 1980 to 2015，the annual and monthly change characteristics of ground temperature of 0 cm，10 cm，20 cm and 40 cm，the daily change characteristics of 0-320 cm ground temperature and first and last frost date etc. were analyzed. The results showed that the annual mean ground temperature in 0 cm，10 cm and 20 cm ground temperature presented increasing trends，and there was no obvious change trend of 40 cm ground temperature.There were significant interaction influence relationships between precipitation and ground temperature of 0 cm，10 cm，20 cm and 40 cm.When the annual precipitation was more or turned to more，the ground temperature of 0 cm，10 cm，20 cm and 40 cm decreased.When the annual precipitation was less or turn to less，the ground temperature of 0 cm，10 cm，20 cm and 40 cm increased. The ground temperature of 0 cm，10 cm，20 cm and 40 cm began to rise in March each year，and reached the peak in July，then turned to decline，reached the lowest point in January of the next year. With the change of years，the increasing and decreasing amplitudes of ground temperature from January to May and from November to December were more obvious，which deserved to be paid more attention to. The peak and valley point of daily change curves of ground temperature in 0 cm，10 cm，20 cm and 40 cm delayed 2-5 h with soil layer depth increase for all years and seasons，but had two contrary daily change curves with a decreasing trend from October to February of the next year and a increasing trend from April to July in 80 cm，160 cm and 320 cm. With the change of years，the first and last frost dates delayed，the 10 cm ground temperature steadily passing 10 ℃ was ahead of time.

Key words ground temperature；change characteristics；first and last frost；Langfang Hebei

地温是影响土壤呼吸的关键因素，它通过影响土壤微生物的活跃性来影响土壤有机质的矿质化、腐殖化过程，进而影响农作物的生长进程[1]。土壤温度的变化实际上是气候变化对多年土壤热状况影响的反映，也是引起多年土壤热状态变化的能量表现，工农业生产的稳定性可能因地温变化的异常而受到不利影响[2]。目前，已有一些学者开展了对于地温的研究，如贾金明等[3]分析了濮阳近50年地面温度的变化倾向率及成因，表明年平均地面温度呈逐年递减趋势；陈成国等[4]、许丽景等[5]、吕红玉等[6]、于志明等[7]、张翠华等[8]、高振荣等[9]分别对各地各层地温的波动和突变特征进行了细致分析，得到各地各年各季不同的升降和变化趋势；陆晓波等[10]利用1954―2001年中国532个站的月平均80 cm层地温资料对我国及其不同区域地温的变化特征进行了分析；郭立平等[11-12]利用暴雨过程中地温的变化特征，探讨了地温波动变化Ρ暝けǖ闹甘疽庖濉H欢众多研究中，极少有从地表至320 cm地温的对比研究，使地温垂直分布及变化的差异性对比分析方面显得不足。

廊坊市位于河北省中部华北平原区，是广泛种植小麦、玉米、棉花等农作物的地区之一，同时受气候变化、极端天气等气象因素的影响，衍生农业灾害也时有发生，而其中对廊坊市地温及其变化特征进行深入分析，并掌握变化规律，对农业生产和合理利用地温信息具有指导和参考意义。

1 地温年变化特征

中国气象局《地面气象观测规范》[13]对地温的定义为，地面和地中不同深度的土壤温度统称地温。地面温度（0 cm，下同）是指直接与土壤表面接触的温度表所示的温度；浅层地温包括离地面5、10、15、20 cm深度的地中温度；较深层地温包括离地面 40、80、160、320 cm深度的地中温度。

根据资料完整度，选取1980―2015年0、10、20、40 cm年平均地温分析年变化特征。经计算，得到1981―2010年0 cm地温的气候平均值为14.1 ℃，10、20、40 cm地温气候平均值分别为13.50、13.52、13.46 ℃，从地表向地下依次递减，但地表与40 cm地温的差值仅为0.6 ℃，特别是10、20、40 cm各层之间地温差更小，不足0.1 ℃，一定程度上反映了年平均地温垂直方向上的近乎“恒定性”。但各层地温年际间变化相对比较明显，最高值与最低值之差可达1.8～2.5 ℃，最大出现在0 cm层，最小出现在20 cm层，表明地表温度受太阳辐射的影响比地下其余各层更明显。从图1可以看出，随年代变化0～20 cm地温呈上升趋势，但不显著，相关系数均未通过0.01水平显著性检验，40 cm层地温变化不明显，这与有些地区的显著增暖趋势不同。此外，各层地温年际间明显的波动变化与逐年大气降水量的变化关系密切。从图2可以看出，0 cm地温的逐年波动变化与年降水量的波动变化趋势基本一致，其余几层相似。当年降水量为偏多到异常多时，几层地温降低的比例均达50%以上，其中以10 cm和20 cm降低的比例最高，达78%；当年降水量为偏少到显著少时，几层地温升高的比例均在60%以上，以0 cm地温升高的比例最大，达80%；当年降水量由偏多转正常时，地温通常升高，年降水量由偏少转正常时，地温降低，可见大气降水量和各层地温之间存在明显的相互影响关系。

2 地温月变化特征

分析0、10、20、40 cm层地温1981―2010年气候平均值逐月变化，发现各层地温的月分布曲线与气温的月分布曲线有基本一致的变化趋势（图3）。总体是每年3月各层地温开始上升，4月快速上升，在7月达到峰点，随后开始下降，11月快速下降，在次年1月达到最低点；所不同的是0、10 cm地温和气温在12月达到次低值，20、40 cm地温在最低点后的2月达到次低值。此外，0 cm地温2―6月逐月温度即上升时段温度高于峰值点后8―12月温度；10 cm地温则是2―4月地温高于下降时段的10―12月地温，20、40 cm地温相反，8―12月地温高于上升时段2―6月地温，气温同0、10 cm地温变化相似，2―5月气温高于9―12月气温。从各层地温及气温逐月温度差看，地面0 cm储热能力最弱，气温次之，然后依次是10、20、40 cm，特别是地下20、40 cm温度在8―9月，较其他层下降速度慢，具有一定的储热能力。

分析1980―2015年间逐月地温变化特征发现，1―5月、11―12月随年代变化波动幅度比较明显，值得关注和重视。其中春季（3―5月）平均波动幅度在0.2 ℃以上，尤其3月地温波动变化最显著，20世纪90年代0、10、20、40 cm 4层3月平均地温比80年代分别上升0.90、0.90、1.17、1.21 ℃，2000―2009年比90年代再次分别上升1.36、1.07、1.07、0.20 ℃，2010―2015年比2000―2009年又分别下降0.42、1.12、1.37、1.83 ℃；各月中，以10月的年代波动变化幅度最小，平均波动幅度均在0.5 ℃以内。除此之外，各层各月各季波动幅度大小不一，0 cm地温在春、冬2季波动幅度最大；10、20 cm地温在春、夏2季波动幅度较大；40 cm地温在春、秋2个季节波动幅度较大。各层地温的变化与当年大气气温和降水的变化有密切的相互影响关系。上述信息表明，更要重视春季地温的变化，此时正值播种期，地温过低或过高都可能会对农业生产造成不利影响。

3 地温日变化特征

随着自动气象观测仪器的建设，2010年之后廊坊开始有逐小时地温观测，垂直深度达到320 cm，利用2011―2015年各层逐小时地温资料分析地温的日变化特征。由图4（a）可以看出，0、10、20 cm层地温日变化曲线各月相似，峰、谷点出现时间随土壤深度加深出现延迟现象，0、10、20 cm地温日最低点平均时间依次为6：00、8：00和10：00，最高点平均时间依次为13：00、17：00和18：00，最低点春、夏季略早，秋、冬季略晚；最高点时间0 cm四季没有变化，10、20 cm地温夏、秋季略早、冬、春节略晚。由图4（a）可以看出，40 cm地温虽各月日变化曲线相似，但峰点、谷点时间与0～20 cm层地温相差较远，是一个过渡层。由图4（b）可以看出，80、160、320 cm层地温冬、夏半年日变化曲线走势相反，冬半年（10月至次年2月）日变化曲线为上升趋势，夏半年（4―7月）日变化曲线为下降趋势，3月、9月为过渡期，3月80、160 cm地温日变化曲线为上升趋势，320 cm日变化曲线为下降趋势；9月80、160 cm地温日变化曲线呈下降趋势，320 cm地温日变化曲线呈上升趋势。地温日变化分布表明，夏半年较深层土壤以吸收地表下传的热量为主，冬半年以深层土壤上传热量为主，进而影响农作物的生命周期。

4 关键农时特征日期变化

4.1 初终霜冻日期

分析1980―2015年廊坊市初霜冻（0 cm地温

分析1980―2015年廊坊市终霜冻日期发现，终霜冻日期平均为3月26日，最早在1997年3月10日，最晚在1993年4月8日，二者相差近1个月。其中，20世纪80年代终霜冻日期平均为3月30日，90年代平均为3月26日，2000―2009年平均为3月25日，2010―2015年平均为3月22日，随年代变化，终霜冻日期依次提前，分别提前4、1、3 d。

4.2 稳定通过10 ℃日期

适宜春播的气象指标，一般要求10 cm地温稳定通过10 ℃。分析1980―2015年廊坊市10 cm地温稳定通过10 ℃日期发现，达到标准的日期平均为3月29日，最早的在2014年3月15日，最晚的在1980年4月17日，最早与最晚相差1个月。其中，20世纪80年代10 cm地温稳定通过10 ℃日期平均为4月2日，90年代平均为3月31日，2000―2009年平均为3月26日，2010―2015年平均为3月25日，随年代变化，10 cm地温稳定通过10 ℃日期，分别提前2、5、1 d。

初终霜冻及10 cm地温稳定通过10 ℃日期的年际间差异与当年的天气气候状况有密切关系，而各类日期随年代变化的延迟和提前现象，一方面表明地温存在一定程度的升高趋势，另一方面也与气候变暖的趋势基本一致，这样的结果还是需要引起相关农业部门的高度重视。

5 结论

综上所述，随年代变化，0、10、20 cm年均地温呈上升趋势，但不显著，40 cm层地温变化不明显；大气降水量与各层地温间存在明显的相互影响关系，当年降水量为偏多到转偏多时，一般地温降低，当年降水量为偏少到转偏少时，几层地温以升高为主；各层地温的月分布与气温的月分布有基本一致的变化趋势，总体是每年3月各层地温开始上升，7月达峰点，随后开始下降，在次年1月达最低点，随年代变化，1―5月、11―12月地温波动较明显，值得重视；0～40 cm层地温，日变化曲线各月相似，而80～320 cm层地温冬半年（10月至次年2月）、夏半年（4―7月）日变化曲线走势相反，冬半年日变化为上升趋势，夏半年日变化为下降趋势；随年代变化，初终霜冻及10 cm地温稳定通过10 ℃日期出现延迟和提前现象，一方面表明地温存在一定的升高趋势，另一方面也与气候变暖的趋势基本一致，需引起重视。

6 参考文献

[1] 张翠华，张文煜，齐晓华.石家庄地温的垂直变化特征[J].气象水文海洋仪器，2013（2）：41-44.

[2] 陈超，周广胜.1961―2010年阿拉善左旗气温和地温的变化特征分析[J].自然资源学报，2014，29（1）：91-103.

[3] 贾金明，朱腾冉，王惠芳，等.濮阳市0 cm地温变化特征及成因分析[J].气象科技，2009，37（3）：330-335.

[4] 陈成国，石慧兰，王桂兰，等.1961―2010年德州市地温变化特征[J].气象与环境学报，2012，28（1）：86-89.

[5] 许丽景，李海川，王晋.1971―2010年沧州市地面温度变化趋势分析[J].现代农业科技，2014（9）：259-264.

[6] 吕红玉，张林媛，张宏茹，等.1981―2010年三江平原40～320 cm深地温变化特征[J].冰川鐾粒2012，34（6）：1346-1352.

[7] 于志明，史有瑜，曹亚杰.1960―2013年唐山地区地面温度变化特征分析[J].现代农业科技，2015（4）：250-253.

[8] 张翠华，张文煜，郭立平.河北石家庄浅层地温变化特征[J].干旱气象，2013，31（1）：78-81.

[9] 高振荣，李红英，曹淑超，等.近31a河西走廊地区深层地温变化及突变分析[J].干旱区地理，2013，36（6）：1006-1012.

[10] 陆晓波，徐海明，孙丞虎，等.中国近50a地温的变化特征[J].南京气象学院学报，2006，29（5）：706-712.

[11] 郭立平，汤懋苍，刘艳杰.河北省廊坊地区暴雨预报的地气学方法[J].高原气象，2014，33（3）：868-876.

[12] 郭立平，汤懋苍，杨德保.地气要素结合的廊坊地区暴雨落区预报方法[J].高原气象，2014，33（1）：270-276.

[13] 中国气象局.地面气象观测规范[M].北京：气象出版社，2003：85.