柴達木盆地南緣淺層地溫對氣候變化的響應

曾國云 王發(fā)科 哈金龍 許學蓮 鞏俐

摘要 ? ?利用1961—2019年柴達木盆地南緣氣溫、降水及淺層地溫（0、10、20 cm）的數(shù)據(jù)，用數(shù)理統(tǒng)計方法分析了氣溫、降水及淺層地溫變化特征，并分析了淺層地溫對氣溫、降水變化的響應。結果表明，1961—2019年柴達木盆地南緣年平均氣溫呈升高趨勢，升高傾向率為0.4 ℃/10 a;年降水量呈增加趨勢，增加傾向率為8.0 mm/10 a。0、10、20 cm年平均地溫均呈增加趨勢，變化趨勢大體趨于一致，增加傾向率分別為0.43、0.32、0.33 ℃/10 a;各淺層地溫四季均呈現(xiàn)上升趨勢，其中冬季增溫趨勢較小，春、夏、秋季增溫較顯著，但是隨深度不同增溫幅度各有差異;各淺層平均地溫每年3月上旬至8月下旬隨深度增加而降低，9月中旬至翌年2月下旬平均地溫隨深度的增加而升高，各層地溫月平均最大值均出現(xiàn)在7月，最小值出現(xiàn)在1月。各淺層平均地溫與年平均氣溫、年降水量均成正相關關系，年平均氣溫升高1 ℃，0、10、20 cm地溫分別增加0.98、0.74、0.75 ℃;年降水量增加100 mm，0、10、20 cm地溫分別增加0.89、0.67、0.77 ℃，年平均氣溫對地溫的影響較年降水量影響明顯。

關鍵詞 ? ?淺層地溫;氣候變化特征;響應;柴達木盆地南緣

中圖分類號 ? ?S162 ? ? ? ?文獻標識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）22-0164-04 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Abstract ? ?Based on the datas of air temperature， precipitation and shallow ground temperature （0 cm， 10 cm， 20 cm） in the southern margin of the Caidamu Basin from 1961 to 2019， the variation characteristics of air temperature， precipitation and shallow ground temperature were analyzed by mathematical statistics method. The response of the ground temperature in the shallow layer to the air temperature and precipitation change was analyzed. The results showed that the annual mean temperature in the southern margin of the Caidamu Basin showed an increasing trend with an increasing trend rate of 0.4 ℃/10 a， and the annual precipitation showed an increasing trend with an increasing trend rate of 8.0 mm/10 a from 1961 to 2019. The annual mean ground temperature of 0 cm， 10 cm and 20 cm in the southern margin of the Caidamu Basin had an increasing trend， the trend of variation was generally consistent and increasing trend was 0.43 ℃/10 a，0.32 ℃/10 a and 0.33 ℃/10 a; ground temperature showed a rising trend in four seasons， and the increasing trend in winter was smaller than that in spring， summer and autumn， the extent of warming varied with depth; the mean ground temperature decreased with the increase of depth from early March to late August，and increased with the increase of depth from mid September to late February of the following year. The average maximum value of ground temperature appeared in July and the minimum value appeared in January. The average ground temperature of each shallow layer was positively correlated with the annual average temperature and annual precipitation. The annual average temperature increased by 1 ℃， and the ground temperature of 0 cm， 10 cm and 20 cm increased by 0.98 ℃， 0.74 ℃ and 0.75 ℃ respectively; the annual precipitation increased by 100 mm， and the ground temperature of 0 cm， 10 cm and 20 cm increased by 0.89 ℃， 0.67 ℃ and 0.77 ℃， respectively. The effect of air temperature on soil temperature was more obvious than that of annual precipitation.

Keywords ? ?shallow ground temperature; characteristic of climate change; response; southern margin of the Chaidamu Basin

在全球變暖的情景下，以氣溫上升、氣候變暖為主要特征的氣候變化對世界經(jīng)濟、生態(tài)和社會系統(tǒng)產(chǎn)生了重大影響[1-2]。地溫是衡量地表土壤熱能的物理量，其變化比氣溫變化更具有保守性和滯后性。作為下墊面系統(tǒng)的一部分，地溫的變化對土壤理化性質(zhì)、生物學過程、土壤資源質(zhì)量及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境等產(chǎn)生影響[3-4]。柴達木盆地南緣地處青藏高原東北部，區(qū)域內(nèi)干燥少雨，太陽輻射強，光照資源豐富，是柴木盆地重要綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)，它既是氣候變化敏感區(qū)，又是生態(tài)環(huán)境脆弱帶。因此，在氣候變暖背景下，分析柴達木盆地南緣淺層地溫的變化特征，探討氣候變化對淺層地溫的影響，以期為合理利用當?shù)貧夂蚝屯恋刭Y源，促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展等提供參考依據(jù)。

1 ? ?數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 ? ?資料來源

選取1961—2019年柴達木盆地南緣格爾木、諾木洪、都蘭3個氣象站點氣溫及0～20 cm地溫數(shù)據(jù)。季節(jié)劃分：3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季、12月至翌年2月為冬季。

1.2 ? ?研究方法

1.2.1 ? ?數(shù)理統(tǒng)計方法。應用逐步回歸、概率統(tǒng)計、氣候趨勢系數(shù)等數(shù)理統(tǒng)計方法，分析氣溫、淺層地溫的變化及影響，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用Excel 2016。

1.2.2 ? ?氣候趨勢系數(shù)。n個時刻的氣候要素序列與自然數(shù)列1，2，3，…，n的相關系數(shù)，即

式中，r為氣候要素序列趨勢相關系數(shù)，可使用通常的相關系數(shù)統(tǒng)計檢驗方法，檢驗氣候趨勢是否顯著，相關系數(shù)檢驗臨界值r0.01=0.330。n為年數(shù)，xi為第i年的氣候要素值，x為氣候要素平均值，t=（n+1）/2，r值為正（負）時表示該要素在所計算的n年內(nèi)有增加（減少）的趨勢。

2 ? ?結果與分析

2.1 ? ?柴達木盆地南緣氣候變化分析

2.1.1 ? ?氣溫變化。1961—2019年柴達木盆地南緣年平均氣溫為4.6 ℃，年平均氣溫最低為2.8 ℃，年平均氣溫最高為6.3 ℃。由圖1可以看出，59年來平均氣溫呈升高趨勢，升高傾向率為0.4 ℃/10 a，通過0.01顯著檢驗，升溫趨勢明顯。20世紀60年代平均氣溫為3.5 ℃，21世紀以來平均氣溫為5.4 ℃，21世紀以來年平均氣溫較20世紀60年代增加1.9 ℃。

2.1.2 ? ?降水量變化。1961—2019年柴達木盆地南緣年平均降水量為100 mm，年平均降水量最大為184.8 mm，年平均降水量最小為51.5 mm。59年來年降水量呈增加趨勢，增加傾向率為8.0 mm/10 a，通過0.01顯著檢驗，增加趨勢明顯（圖1）。20世紀60—70年代降水量增加不明顯，80—90年代降水量增加緩慢，21世紀以來降水量增加明顯，21世紀以來年降水量較20世紀60年代增加31.9 mm。

2.2 ? ?柴達木盆地南緣淺層地溫變化分析

2.2.1 ? ?淺層地溫年際變化。由圖2可以看出，近59年來柴達木盆地南緣0、10、20 cm淺層年平均地溫呈增加趨勢，變化趨勢大體趨于一致，增加傾向率分別為0.43、0.32、0.33 ℃/10 a，增加趨勢明顯，通過0.01顯著檢驗。在59年的變化中各層年平均地溫均于1983年出現(xiàn)了歷史最低點，分別為5.9、6.5、6.6 ℃;0 cm年平均地溫于2006年出現(xiàn)最高點，為9.4 ℃，10、20 cm年平均地溫于2016年出現(xiàn)最高點，均為9.2 ℃。20世紀60年代至80年代初期年平均地溫增幅較平穩(wěn)，80年代中后期以來升幅明顯。21世紀以來年平均地溫較20世紀60年代上升了1.3～1.8 ℃（圖2）。

2.2.2 ? ?淺層地溫的季節(jié)變化。近59年來，0、10、20 cm四季地溫都呈現(xiàn)上升趨勢，其中冬季增溫趨勢較小，春、夏、秋季增溫較顯著，但隨深度不同增溫幅度各有差異。0 cm平均地溫四季增溫較明顯，增溫傾向率達0.36～0.48 ℃/10 a;10 cm平均地溫春季增溫率明顯低于夏、秋、冬季，增溫傾向率為0.28～0.37 ℃/10 a;20 cm春、夏、秋季平均地溫增溫率明顯高于冬季，增溫傾向率達0.21～0.43 ℃/10 a。各層平均地溫四季增溫均通過0.01顯著檢驗（表1）。

2.2.3 ? ?淺層地溫月變化。從圖3可以看出，每年3月上旬至8月下旬平均地溫隨深度增加而降低，表明熱量由淺層向深層傳遞，是積蓄能量的過程;9月中旬至翌年2月下旬平均地溫隨深度的增加而升高，表明熱量由深層向淺層傳遞，是釋放能量的過程。各層地溫月平均最大值均出現(xiàn)在7月，分別為23.3、21.1、19.8 ℃;各層地溫月平均最小值出現(xiàn)在1月，分別為-10.1、 -6.9、-5.4 ℃。

2.3 ? ?柴達木盆地南緣淺層地溫對氣候變化的響應

2.3.1 ? ?淺層地溫對氣溫的響應。空氣與地面是相互接觸的，當?shù)孛孀儫岷螅徊糠譄崃繒饾u傳遞到空氣中，當接近地表的空氣變熱后，受熱逐漸膨脹，于是接近地表的空氣會產(chǎn)生上升氣流，此時就逐漸導致空氣的溫度發(fā)生改變。另一部分熱量通過熱傳導方式傳輸?shù)降乇硪韵拢瑥亩淖兺寥罍囟鹊淖兓痆5]。

由圖4可知，柴達木盆地南緣淺層平均地溫與年平均氣溫成正相關關系，表明年平均地溫隨年平均氣溫的升高而增加，其中0 cm地溫對氣溫變化相關最明顯。年平均氣溫升高1 ℃，0、10、20 cm地溫分別增加0.98、0.74、0.75 ℃，均通過0.01顯著檢驗，相關性明顯。

2.3.2 ? ?淺層地溫對降水的響應。由圖5可知，柴達木盆地南緣淺層平均地溫與年降水量也成正相關關系，表明年平均地溫隨年降水量的升高而增加。年降水量增加100 mm，0、10、20 cm地溫分別增加0.89、0.67、0.77 ℃，其中20 cm地溫對降水量變化相關明顯，通過0.01顯著檢驗。

3 ? ?結論

（1）柴達木盆地南緣年平均氣溫呈升高趨勢，升高傾向率為0.4 ℃/10 a，21世紀以來年平均氣溫較20世紀60年代增加1.9 ℃;年降水量呈增加趨勢，增加傾向率為8.0 mm/10 a，21世紀以來年降水量較20世紀60年代增加31.9 mm。

（2）柴達木盆地南緣0、10、20 cm年平均地溫均呈增加趨勢，變化趨勢大體趨于一致，增加傾向率分別為0.43、0.32、0.33 ℃/10 a，增加趨勢明顯。21世紀以來年平均地溫較20世紀60年代上升了1.3～1.8 ℃。

（3）柴達木盆地南緣0、10、20 cm地溫四季均呈現(xiàn)上升趨勢，其中冬季增溫趨勢較小，春、夏、秋季增溫較顯著，但隨深度不同增溫幅度各有差異。

（4）柴達木南緣淺層平均地溫每年3月上旬至8月下旬隨著深度的增加而降低，9月中旬至翌年2月下旬的平均地溫隨著深度的增加而升高。各層地溫的月平均最大值均出現(xiàn)在7月，最小值均出現(xiàn)在1月。

（5）柴達木南緣淺層平均地溫與年平均氣溫、年降水量均成正相關關系。年平均氣溫升高1 ℃，0、10、20 cm地溫分別增加0.98、0.74、0.75 ℃;年降水量增加100 mm，0、10、20 cm地溫分別增加0.89、0.67、0.77 ℃，年平均氣溫對地溫的影響較年降水量影響明顯。

4 ? ?參考文獻

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