河池市1980—2010年淺層地溫變化特征

黃秀秀，譚佳勇 ，覃曉玲

(1.廣西壯族自治區河池市氣象局，廣西 河池 547000，2.廣西壯族自治區金城江區氣象局，廣西 河池 547000 )

1 前言

下墊面和不同深度的土壤溫度統稱為地溫，氣溫與地溫的變化對農業生產都產生深遠影響。現如今越來越多的人們關注氣候變化的同時，也更多的關注地溫的變化。任國玉[1]等研究了近54 a中國地面氣溫變化,得出中國地表氣溫增暖主要發生在最近的20余年；陸曉波[2]等通過分析中國近50 a地溫的變化，得出地溫變化具有明顯的區域特征，在東北地區增溫顯著，而在西南東部卻是下降趨勢顯著；康文英等研究了衡水市50 a氣溫與地溫變化分析[3]，表明低溫變化主要以土壤表層變暖為主；高霞等分析了冀中平原近50 a氣候變化特征[4]，夏季氣溫的變化趨勢與年變化趨勢不一致。本文利用河池市3個氣象觀測站近30 a 0～20 cm淺層地溫、降雨、氣溫等資料，對地溫變化趨勢、突變年份及影響因子等進行研究，為河池市農業生產、礦產資源開發、氣候資源利用等方面提供參考。

2 資料與方法

本文資料選取1980—2010年河池市3個國家氣象觀測站(從地理位置挑選3個站分別為南丹國家一般站、河池國家基本站、都安國家基準站)0 cm、5 cm、10 cm、15 cm、20 cm逐日地溫、平均氣溫、降雨量等資料。季節劃分以3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月—次年2月為冬季。

采用線性趨勢法線性回歸方程：

y(t)=a0+a1t

(1)

式中：a1代表線性趨勢項，y代表平均地溫，t代表時間，a1×10表示平均地溫每10 a的氣候傾向率。

用式(1)來分析河池市1980—2010年淺層地溫的演變趨勢[5]；采用M-K檢驗法來研究0～20 cm地溫的突變年份[6]；采用spss統計軟件做數據描述性統計及顯著性檢驗。

3 淺層平均地溫的氣候傾向率

表1 河池淺層地溫氣候傾向率(℃/10 a)Tab.1 Linear trend of flect soil temperature in Hechi(℃/10 a)

注:*、**分別表示通過0.05,0.01置信檢驗

從季節分析(表1)河池市春、秋、冬各層次地溫均呈升高趨勢，升幅為0.004～0.325 ℃/10 a，春季15 cm、20 cm，秋季0 cm的升高趨勢通過0.05顯著性檢驗；夏季各層次年際變化呈降低趨勢，降幅為0.2～0.354 ℃/10 a，其中15 cm降幅通過0.05顯著性檢驗，5 cm、10 cm、20 cm降幅通過0.01極顯著檢驗。

從年變化分析(表1)，河池市0 cm、15 cm、20 cm地溫年變化呈升高趨勢，升幅為0.042～0.153 ℃/10 a；5～10 cm年變化呈弱降低趨勢，降幅為0.02～0.042 ℃/10 a；但升高或降低趨勢均未通過顯著性檢驗，總體上河池市淺層地溫呈升高趨勢。從表1分析可以看出，0 cm地溫的變化幅度均大于5～20 cm地溫(夏季除外)，夏季各層次降溫幅度較大；這是因為表層地溫受氣候因素影響最大，這與“當今全球氣候正經歷一個明顯變暖的階段，而在中國南部的部分地區，特別是西南地區夏季氣候卻呈現變冷趨勢”的氣候大背景相一致[7]。

4 淺層平均地溫的年代際變化

從表1可知，0 cm地溫30 a平均值為21.63 ℃，與5～20 cm地溫平均值差值為0.38 ℃，5～20 cm地溫年平均基本一致，差值僅為0.1 ℃，說明隨著土層變深，土壤受氣候變化的直接影響變小，土溫更趨于穩定。0～20 cm年平均地溫變化趨勢均未通過顯著性檢驗，說明淺層地溫上升或下降趨勢不顯著。由圖1可以看出，0 cm、15 cm、20 cm各層次地溫年際波動趨勢及出現轉折的年份一致，總體上均呈升高趨勢，其中1980—1985年屬于逐漸變冷時期，地溫呈下降趨勢；1986—1992年屬于波動上升期，地溫逐步回升；1993—1997年屬于地溫較冷年份，地溫較平均值偏低0.3～0.5 ℃；1998年以后地溫呈明顯波動上升趨勢，其中0 cm層次上升最明顯，屬于快速上升期。5 cm、10 cm年際波動在1980—1998年趨勢與其它層次一致，但1998年后維持降溫趨勢。

圖1 a、b、c、d、f為30 a 0～20 cm地溫 圖2 河池淺層地溫的M-K曲線變化曲線及線性擬合曲線Fig.2 M-Ktests of fleet soil temperature in Hechi fitting curves for the river basin Fig.1 a, b, c, d and f are 30 years 0～20cm and linear

5 淺層地溫的氣候突變

M-K檢驗法是檢驗時間序列數據的方法之一。通過分析河池淺層地溫的M-K曲線可知：0 cm地溫1980—1982年、1990—1993年、2002—2010年呈上升趨勢，但3次地溫上升過程均不顯著；1983—1989年、1994—2001年呈下降趨勢，其中1984年下降趨勢通過0.05顯著性檢驗。根據UF(K)和UB(K)兩條曲線交點的位置可知，0 cm地溫突變點為2003年。5 cm地溫1980—1990年、1993—2010年呈下降趨勢，其中1984年、1997年2 a的下降趨勢十分顯著(通過0.01顯著性檢驗)，1991—1992年呈上升趨勢，突變點為2008年。10 cm地溫近30 a呈下降趨勢，1983—1985年、1996—1998年下降趨勢通過0.05顯著性檢驗，其中1984年、1997年下降趨勢通過0.01顯著性檢驗，突變點在2008年。15 cm地溫1980—2005年以及2007年呈下降趨勢，突變時間為2007年；20 cm地溫1980—2005年及2008年呈下降趨勢，突變時間為2005年。可以看出，隨著土層變深，土溫的突變時間相對的延后，從側面說明，隨土層變深，其對氣候變化的響應相對滯后。

6 淺層地溫與降雨、氣溫的相關性分析

表2 1980—2010年河池市氣溫、降雨、地溫之間的相關系數Tab.2 The correlation coefficient between the temperature, rainfall and temperature of the river basin between 1980 and 2010

注:*、**分別表示達到0.05,0.01顯著水平

通過SPSS分別計算1980—2010年0～20 cm地溫與氣溫、降水的相關性，如表2可知：氣溫與地溫呈明顯的正相關，相關系數在0.399～0.569(其中0 cm、15 cm、20 cm通過了0.01的顯著性檢驗，5 cm、10 cm通過0.05的顯著性檢驗)，表明淺層地溫與氣溫的變化具有較好的一致性，地溫受氣溫變化影響顯著；降雨量與各層地溫呈負相關性，但未達到顯著水平，說明降雨增多(減少)，各層地溫呈降低(升高)趨勢。同時通過分析近30 a河池氣溫、降水量的變化趨勢，氣溫以0.2 ℃/10 a的速度上升 ，降雨以5.7 mm/10 a的速度減少。因此可知，氣溫升高是導致河池地溫上升的主要原因，降水量減少是影響河池地溫升高的因子之一。

7 小結

①從季節分析，河池春、秋、冬各層次均呈升高趨勢，升高幅度0.004～0.325 ℃/10 a，夏季各層次年際變化呈降低趨勢，降幅為0.2～0.354/10 a；從年變化分析，0 cm、15 cm、20 cm呈升高趨勢，升幅為0.042～0.153 ℃/10 a；5～10 cm呈弱降低趨勢，降幅為0.02～0.042 ℃/10 a。

②0 cm、15 cm、20 cm地溫年際波動趨勢一致，1980—1985年呈下降趨勢，1986—1992年屬于波動上升期，1993—1997年屬于較冷年份，1998年以后呈明顯波動上升趨勢，其中0 cm層次上升最明顯，進入快速上升期。5 cm、10 cm年際波動在1980—1998年趨勢與其它層次一致，但1998年后維持降溫趨勢。

③河池市5 cm、10 cm地溫突變點均為2008年；0 cm、15 cm、20 cm突變年份分別為2003年、2007年、2005年，土層變深，地溫對氣候變化的響應相對滯后。

④氣溫升高是導致河池地溫上升的主要原因，降水量減少是地溫升高的因子之一。

[1] 任國玉，郭軍，徐銘志，等.近50 a中國地面氣候變化基本特征[J]. 氣象學報, 2015,63(6):942-955.

[2] 陸曉波，徐海明，孫承虎，等.中國近50 a地溫的變化特征[J].南京氣象學院學報，2006，29(5)：709-711.

[3] 康文英，徐建芬.衡水市近50 a氣溫與地溫變化分析[J].衡水學院學報，2013年8月，15(4)：104-107.

[4] 高霞，陳海濤，張艷梅.冀中平原近50 a氣候變化特征[J].貴州氣象，2007,31(4):5-8.

[5] 陳海濤.水城近50 a氣溫變化特征分析[J].貴州氣象，2009,33(4):23-24.

[6] 周紹毅，蘇志，李強，等.1961-2010年廣西淺層低溫變化特征[J].西南農業學報，2012(04):1372-1374.

[7] 丁一匯，戴曉蘇.中國近百年來的溫度變化[J].氣象，1994，20(12)：19-26.