吉林省1965～2007年地表温度的变化趋势

刘洋 刘滨辉

摘要 利用吉林省20个国家基准气象站1965～2007年逐日地表温度以及气温的相关资料，采用气候倾向率、相关分析等统计方法，分析吉林省43年来地表温度的变化规律以及地表温度变化与气温之间的关系。结果表明，1965～2007年吉林省地表平均温度、地表最高、地表最低温度均呈显著上升趋势，增幅分别为0.62、0.50、0.85 ℃/10a，且地温的升温幅度高于相应气温的升温幅度；2000年以后地表平均温度与平均气温之间的变化存在明显的分化，这主要是由于地表最低温度的快速上升引起的；地表日较差与气温日较差均呈现显著下降趋势，地表日较差的下降发生在2000年之后，气温日较差的下降发生在1985年之前。

关键词 吉林省；地温；变化趋势；昼夜温差

中图分类号 S161 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）31-11021-03

Variation Trend of Soil Temperature in Jilin Province during 1965-2007

LIU Yang， LIU Binhui*

（Northeast Forestry University， Harbin， Heilongjiang 150040）

Abstract Using daily 0 cm ground temperature and air temperature from 20 weather stations in Jilin Province for the period from 1965 to 2007， adopting the statistical methods include linear trend and correlation analysis， the variation trend of annual mean soil temperature and the relationship between soil and air temperature were analyzed. The result showed that： from 1965 to 2007 annual mean surface soil temperature， maximum soil surface temperature， minimum soil surface temperature increase significantly with the rate of 0.62， 0.50， 0.85 ℃/10a， respectively， the magnitude rate of change for soil surface temperature is larger than correspondent air temperature； there is an obvious difference between soil surface and air temperature since 2000， which caused by the rapidly increase of the minimum soil surface temperature； the soil surface and air diurnal temperature range reveals rapidly decreasing trend， the period of rapidly decrease of the former occur after 2000 and latter before 1985.

Key words Jilin Province； Soil temperature； Variation trend； Diurnal temperature range

近几十年全球变化已成为研究的焦点，IPCC报告指出在1906～2005年间地表温度升高了0.74 ℃，且这种升温主要集中在近50年，在中高纬度地区尤为突出^[1-2]。在以往气候变化的研究中主要侧重于对气温与降水的研究，对地温的研究较少。近年来，地温的研究越来越受到国内外学者的重视，Hu等分析了美国北部和西北部10 cm地温的变化，发现大多数站点地温均呈现升温趋势^[3]；Zhang等通过研究加拿大地温、气温以及降水相关资料，得出三者存在复杂的响应关系^[4]。

Ye 瘙 塂 ilrmak通过研究土耳其西部地温的变化，发现地温在4个季节中均呈现上升的趋势^[5]。一些学者也对冻土区进行了研究，发现冻土层温度也呈现升高的趋势^[6-7]。我国有关地温方面的研究始于20世纪90年代，代玉田等对我国浅层地温进行了研究，结果表明浅层地温呈现明显升高趋势，且气温和降水是影响地温上升的主要原因^[8-9]。也有一些学者对深层地温进行了研究，发现深层地温也呈现升高趋势^[10-11]。在以往的研究中主要是针对浅层地温以及青藏高原地区的深层地温进行研究，但对吉林省地表温度的研究比较少。笔者基于吉林省20个站点的地表温度及气温资料，对吉林省地表温度进行分析，以期为当地农业生产布局和结构调整提供依据。

1 资料与方法

1.1 资料选取

研究数据选取吉林省内20个国家基准气象站1951～2007年的每日0 cm平均地温（STmean）、0 cm最高地温（STmax）和0 cm最低地温（STmin）、平均气温（Tmean）、最高气温（Tmax）、最低气温（Tmin）资料。大部分气象站是从1950年初期开始观测的，由于仪器等相关问题1951～1964年的数据缺失较严重，因此该研究仅采用1965～2007年的气象数据进行研究，在这期间数据缺失较少，数据较完整，缺失数据仅占总觀测值的0.09%。

所选取的20个气象站点在吉林省的空间分布合理，有较好的代表性（图1）。对于数据连续缺失超过7 d的，采用逐步回归法进行插值，对于数据连续缺失在7 d以内的情况则使用简单的线性插补法。且将插补过的数据与原始数据的计算结果进行了比对，差异不显著^[12]。

1.2 分析方法

把整个吉林省作为一个整体，计算年平均值，以年份为自变量、平均地温为因变量，用一元线性方程y=a0+a1t描述地温随时间的变化趋势，用a1×10表示平均地温每10年的气候倾向率^[13]，以分析整个吉林省地表温度的年际变化。

2 结果与分析

2.1 吉林省地表温度的气候倾向率

由吉林省1965～2007年地表温度的气候倾向率（表1）可知，1965～2007年0 cm平均地温（STmean）、0 cm最高地温（STmax）和0 cm最低地温（STmin）均呈现显著上升趋势，增幅分别为0.62、0.50、0.85 ℃/10a，其中STmin增幅最大，STmax增幅最小。经分析发现，地表温度2000年前后的气候倾向率呈现很大差别，为了更好地了解地表温度的变化规律，同时计算了1965～2000年地表温度的倾向率，总体看STmean、STmax以及STmin在1965～2000的气候倾向率也均呈现显著上升趋势，增幅分别为0.45、0.48、0.55 ℃/10a。对比2个时间段的变化幅度发现，2个时间段的增幅差呈现STmin>STmean>STmax，其中STmax在2个时间段的增幅差距不大，而STmean和STmin在1965～2007年的增温幅度比1965～2000年的增温幅度分别高出0.17、0.30 ℃/10a。由地温日较差（SDTR）的倾向率也可以明显看出，2000年以前SDTR的变化还不显著，但整个时间段SDTR是显著下降。由此可以看出1965～2000年STmean显著上升主

要是由于STmax与 STmin的显著上升，2000年以后则主要是由于STmin显著上升导致的。

与此相对应，吉林省1965～2007年平均气温（Tmean）、最高气温（Tmax）、最低气温（Tmin）均呈现显著上升趋势，上升幅度分别为0.45、0.34、0.58 ℃/10a，其中上升幅度最大的为Tmin，上升幅度最小的是Tmax；在1965～2000年间Tmean、Tmax、Tmin的气候倾向率也均呈现升高趋势，上升幅度分别为0.47、0.30、0.64 ℃/10a（表1）。对比1965～2007年与1965～2000年气温的倾向率可知，其中Tmean、Tmin以及气温日较差（DTR）1965～2007年的变化幅度小于1965～2000年的变化幅度，Tmax则呈现相反的规律，但差距均不大。

对比地温、气温的气候倾向率可知，整个时间段地表温度无论是白天还是夜间的升温幅度均大于气温的升温幅度。1965～2000年除STmax的气候倾向率大于Tmax外，STmean、STmin均小于Tmean与Tmin的气候倾向率，2000年以前STmean与Tmean的变化较一致，2000年以后STmean的升温幅度显著高于Tmean，这主要是由于2000年以后STmin显著上升造成的。

2.2 吉林省地表温度的年际变化规律

为了更好地了解地温的长期变化规律，对时间序列进行了九点二次平滑处理。由图2可知，1965～2007年STmean、STmax、STmin均呈上升趋势；STmean、STmax的变化大致可分为2个阶段，1965～2000年持续稳步上升，2000年以后STmean明显上升，升温幅度较大，而STmax变化不大；STmin的变化大致可以分为3个阶段，1965～1990年持续稳步上升，1990～2000年基本不变，2000～2007年突然上升；STmax和STmin的這种变化规律使SDTR的变化也呈阶段性，1965～2000年的SDTR基本不变，2000年以后迅速下降。由此进一步证实STmean的变化趋势与STmax、STmin密切相关，且2000年以后的变化趋势主要是由于STmin的变化带来的。

综上可知，1965～2000年之间STmean与Tmean之间的变化趋势基本一致，且地温的升温幅度稍低于气温，但自2000年以后地温迅速上升，而此阶段气温基本保持不变。由于STmax、STmin与Tmax、Tmin的随时间变化规律存在差异，因此SDTR与DTR的随时间变化规律差距也比较大。主要表现为DTR在1965～1985年呈现下降趋势，SDTR在2000年以后呈现下降趋势。

2.3 吉林省地表温度与气温的关系

为了更好地了解地表温度与气温的关系，对地表温度与气温进行相关分析。结果表明（表2），STmean与STmax、STmin、Tmean、Tmax、Tmin均呈显著的正相关关系，且相关系数均在0.80以上。其中与STmean的相关性由强到弱呈现为Tmean> STmin >Tmin> Tmax >STmax，总体看STmean与Tmean的相关性最强，相关系数达0.95，STmax、STmin 与气温指标的相关性强于与地温指标的相关性，且STmax与Tmax相关性最强，STmin与Tmin相关性最强。与此相对应，虽然Tmax 、Tmin与相对应的STmax、STmin相关性最强，但它们与其他气温指标的相关性强于地温指标的相关性，这符合以前的研究结果^[14]，即气温是影响地温的最主要的气象因子，且气温对地温的影响强于地温对气温的影响。STmin与STmean的相关性强于STmax与STmean相关性，这也可以更好地解释为何2000年以后STmean变化与STmin比较一致。

SDTR与STmax呈显著正相关，与STmin呈显著负相关，进一步证实了2000年以后SDTR的下降是由STmax的下降与STmin的上升共同作用的结果；与此相对应，DTR与Tmin呈显著负相关，与Tmax相关性很弱，进一步证实了1985年以前DTR的下降主要是由于Tmin上升导致的。

3 结论

（1）1965～2007年吉林省STmean、STmax、STmin均呈现显著上升趋势，增幅分别为0.62、0.50、0.85 ℃/10a；与此相对应，Tmean、Tmax、Tmin也均呈现出显著上升趋势，上升幅度分别为0.45、0.34、0.58 ℃/10a，整个时间段地表温度升温幅度大于气温的升温幅度。

（2）虽然1965～2007年吉林省STmean、STmax、STmin与Tmean、Tmax、Tmin均呈上升趋势，但它们随时间变化的规律却存在明显的差别。主要体现在2000年以后Tmean、Tmax、Tmin均变化不大，同时STmax略微下降，STmean、STmin呈显著上升趋势。

（3）1965～2007年吉林省SDTR与DTR均呈显著下降趋势，但他们的变化规律有所不同，SDTR是从2000以后呈显著下降趋势，DTR是在1985年之前呈现显著下降趋势。

（4）地温与气温的相关关系表明，气温对地温的影响强于地温对气温的影响，这也证实了气温是主导地温变化的重要气象因子。

[1] IPCC.Climate change 2007：Synthesis report[R].Oslo：Intergovernmental Panel on Climate Change，2007.

[2] QIAN B，GREGORICH E G，GAMEDA S，et al.observed soil temperature trends associated with climate change in Canada[J].Journal of Geophysical Research：Atmospheres，2011，116（D2）：116.

[3] HU Q，FENG S. A daily soil temperature dataset and soil temperature climatology of the contiguous United States[J]. Journal of Applied Meteorology，2003，42：1139-1156.

[4] ZHANG Y，CHEN W J，SMITH S L，et al. Soil temperature in Canada during the twentieth century：complex responses to atmospheric climate change[J]. J Geophys Res，2005，110（D03）：112.

[5] YE 瘙 塁 ILRMAK E.Soil temperature trends in Büyük Menderes Basin，Turkey[J].Meteorol App，doi：10.1002/met.1421

[6] ZHANG T，BARRY R G，GILICHINSKY D，et al.An amplified signal of climatic change in soil temperatures during the last century at Irkutsk，Russia[J].Climatic Change，2011，49：41-76.

[7] OSTERKAMP T E，ROMANOVSKY V E. Evidence for warming and thawing of discontinuous permafrost in Alaska[J]. Permafrost and Periglacial Processes，1999，10（1）：17-37.

[8] 代玉田，裴洪芹，楊玉霞，等.近49 年德州浅层地温的变化特征分析[J].中国农业气象，2011，32（S1）：1-4.

[9] 周绍毅，劳炜，苏志，等.1961-2010 年广西浅层地温变化特征[J].西南农业学报，2012（4）：1372-1375.

[10] 张焕平，张占峰，汪青春.近50 年西宁深层地温变化趋势分析[J].安徽农业科学，2012，40（27）：13493-13494，13572.

[11] 胡军，杜军，边多，等.西藏地温的年际和年代际变化[J].地理学报，2007（9）：925-934.

[12] LIU B H，XU M，HENDERSON M，et al.Taking China Temperature Daily Range Warming Trends and Regional Variations[J].Journal of Climate，2004，17：4453-4462.

[13] 袁文涛，刘滨辉，刘燕玲，等.黑龙江省1960-2000年0cm地温的变化趋势[J].东北林业大学学报，2011（2）：67-71.

[14] CARSON J E.Soil temperature and weather conditions[R].Argonne，Illinois：Argonne National Laboratory ANL-6470，1961：244.