吉林省1965～2007年地表温度的变化趋势

刘洋，刘滨辉

(东北林业大学，黑龙江哈尔滨150040)

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］。Yeşil1rmak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，缺失数据仅占总观测值的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。

图1 吉林省20个气象站的空间分布

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。

表1 吉林省年平均地表温度与气温以及降水的气候倾向率 ℃/10a

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的这种变化规律使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。

图2 1965～2007年吉林省地表平均温度ST mean、最高温度ST max、最低温度STmin变化

由吉林省1965～2007年气温的的年际变化(图3)可知，1965～2007年Tmean、Tmax、Tmin均呈上升趋势;Tmean、Tmax、Tmin的变化趋势均可以分为3个阶段，Tmean、Tmin1965～1985年持续缓慢上升，1985～1990年快速上升，1990～2007年变化不大;Tmax1965～1985年的变化不大，1985～1990年快速上升，1990～2007年变化不大。Tmax和Tmin的这种变化规律致使DTR的变化也呈阶段性，即1965～1985年呈下降趋势，1985～2007年变化不大。由此可见，平均气温在1985年以前的升温主要是由于Tmin上升带来的，1985年以后由于Tmax、Tmin的变化较一致，因此Tmean的变化规律是这2个因子共同作用的结果。

图3 1965～2007年吉林省平均气温Tmean、最高气温T max、最低气温T min变化

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。

表2 1965～2007年吉林省地表温度与气温的相关系数

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。

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