莱阳地温变化特征及对作物春播期影响

李永华,周彦玲,吕浩嘉

(1.莱阳市气象局,山东 莱阳265200;2.呼中区气象局,黑龙江 呼中165036;3.曲阜市气象局,山东 曲阜273100)

1 引言

土壤温度是控制微生物活性和植物生长的重要因素之一[1]，下垫面与大气之间以及下垫面表面与内部深处都有热量交换[2-3]。在全球变暖的气候大背景下，地温的研究已成热点，前苏联绝大多数气象台站40cm深度年平均地温在近一个世纪以来呈升高趋势[4]，青藏高原风火山一带15cm深度处的温度在20世纪60-90年代期间升高了0.2-0.3℃[5]。莱阳主要以春播作物为主，研究结果为合理安排农业生产等提供参考。

2 资料与方法

选用莱阳市国家气象观测站1971-2019年0-40cm月平均地温统计资料；根据80年代农业气候区划：芋头5cm地温稳定通过10℃、小花生和夏玉米5cm地温稳定通过15℃、大花生和地瓜稳定通过18℃作为适宜播种气象指标，这些指标一直被当地农业气象广泛应用。采用一元线性统计方法[6]估算莱阳市各层地温的气候特征[7-8]和春播作物适播期初日变化趋势；采用距平大于标准差的2倍作为异常标准。

3 结果与分析

3.1 年、季平均地温变化趋势

近49 a，莱阳市0-40cm年平均地温呈明显上升趋势（表1），升幅为0.41-0.61℃／10 a，升幅由浅层至深层依次减小。各层地温均通过了α=0.001的显著性水平检验。季平均地温的倾向率各层地温均呈上升趋势，平均升幅为0.50℃／10 a，并且均通过了α=0.001的显著性水平检验。各层地温平均升幅为春季＞秋季＞夏季＞冬季，6层平均升幅春季最大，冬季升幅最小。

表1 地温、气温及降水气候倾向率（单位℃／10 a）

经统计各层年平均最高均出现在2016年，年平均最低均出现在1976年。各层地温季平均最高出现在近10 a次数最多,最低出现在70年代次数最多。

与同时期年平均气温气候倾向率比较,0-40cm地温气候倾向率较气温偏高0.09-0.29℃／10 a。与同期季平均气温相比,除40cm秋、冬两季及15cm冬季以外,均是地温升幅大。该地同期降水量年气候倾向率呈下降趋势,季气候倾向率仅春季略有升幅。夏季和秋季降水量减少,有利于气温和地温升温,而春季降水偏多,有利于地表融化,从而导致春季地温升温快。

3.2 各层地温的年代际变化

0-40cm地温年距平和季距平均呈逐年代升高趋势，且随着年代增温愈显著。季平均距平为：春季＞秋季＞冬季＞夏季，说明春季升温幅度最为显著。

4 地温异常特征分析

通过对莱阳年平均地温异常分析（表2），除5cm地温没有异常偏冷年份和40cm地温无异常偏暖年份，其余地温异常偏冷年份均出现在1976年，异常偏暖年份均出现在2015-2017年。

表2 地温异常年份

季异常偏冷年份出现在70年代占84%，而异常偏暖年份出现在21世纪占96%。40cm地温夏、秋两季均未出现异常，春季和冬季的0cm、10cm、15cm、20cm地温仅出现异常偏暖现象。夏季异常偏暖和异常偏冷次数一样，秋季异常偏暖次数较多，而春季异常偏暖次数占83%，远远高于异常偏冷次数，促使春季整体升温速度较快。

5 地温对莱阳作物春播期影响

由以上分析可知，莱阳市年、季、年代际平均地温近49 a来均呈增温趋势，且春季升温最为突出。由表3看出，春播期芋头以2.5 d/10 a、小花生和春玉米以3.3 d/10 a、大花生和地瓜以3.5 d/10 a速度变早。相关系数均通过信度0.001显著检验。

1971-2019年芋头稳定通过10℃平均初日为4月7日，最早3月17日，出现在2014年，最晚4月24日，出现在1991年。平均初日：70年代为4月10日，80年代为4月9日，90年代为4月11日，21世纪头10 a为4月4日，2011-2019年为3月31日。由此适播期80年代较70年代提前1 d，90年代较80年代推迟2 d，21世纪头10 a较90年代提前7 d，2011-2019年较前10 a提前4 d；

小花生和夏玉米稳定通过15℃平均初日为4月15日，最早3月24日，出现在2014年和2018年，最晚6月1日，出现在1993年。平均初日：70年代为4月22日，80年代为4月14日，90年 代为4月19日，21世纪头10 a为4月10日，2011-2018年为4月4日。由此适播期80年代较70年代提前7 d，90年代较80年代推迟5 d，21世纪头10 a较90年代提前9 d，2011-2019较前10 a提前6 d；

大花生和地瓜稳定通过18℃初日平均时间5月7日，最早4月13日，出现在2017年，最晚5月28日，出现在1991年。平均初日：70年代为5月12日，80年代为5月9日，90年代为5月11日，21世纪头10 a为5月6日，2011-2018年为4月25日。由此适播期80年代较70年代提前了3 d，90年代较80年代推迟2 d，21世纪头10 a较90年代提前了5 d，2011-2019年较前10 a提前了10 d。

由上分析，近49 a春播作物初日最早出现在近几年，最晚出现在90年代初期，初日总体提前，近20 a提前尤为突出，使得作物春播适播期变早，体现在农业生产上，农作物“春耕期”延长，适宜春播期提前。

表3 作物气候倾向率（单位d/10 a）

6 小结

（1）近49 a来，莱阳市0-40cm年、季平均地温均呈明显上升趋势，年升幅为0.41-0.61℃／10 a、季平均升幅为0.50℃／10 a，均通过了α=0.001的显著性水平检验。各层地温平均升幅为春季＞秋季＞夏季＞冬季，与同时期年平均气温气候倾向率比较，地温气候倾向率较气温偏高0.09-0.29℃／10 a。明显地温比气温对气候变暖贡献大。

（2）该地同期降水量年气候倾向率呈下降趋势，季气候倾向率仅春季略有升幅。夏季和秋季降水量减少，有利于气温和地温升温，而春季降水偏多，有利于地表及早融化，从而导致春季地温升温快。

（3）0-40cm地温年距平和季距平均呈逐年代升高趋势。季平均距平为：春季＞秋季＞冬季＞夏季，说明春季升温幅度最为显著。

（4）近49 a莱阳异常偏暖年份出现在近几年较多；春季和冬季的大多数层次地温出现异常偏暖，而无异常偏冷现象，且春季异常偏暖次数远远高于异常偏冷次数，有利春季整体升温速度较快。

（5）春播期芋头以2.5 d/10 a、小花生和春玉米以3.4 d/10 a、大花生和地瓜以3.5 d/10 a速度变早。近49 a作物初日最早出现在近几年，最晚出现在90年代初期，初日总体提前，近20 a提前尤为突出，使得农作物“春耕期”延长，适宜春播期提前。