康文英，徐建芬

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衡水市近50年氣溫與地溫變化分析

康文英，徐建芬

(衡水市氣象局，河北 衡水 053000)

使用衡水市7個(gè)氣象觀測(cè)站1959－2010年的氣溫與地溫資料，分析了衡水市氣溫與地溫的變化特點(diǎn)．分析發(fā)現(xiàn)，1959－2010年的近52a，衡水市平均氣溫顯著升高，極端氣溫中，最低氣溫顯著升高，最高氣溫升高的趨勢(shì)還不十分顯著．1965－2010年的近46a，0cm和20cm的地溫也在顯著增暖，而10cm地溫雖然也有增暖的傾向，但趨勢(shì)還不十分顯著；土壤較深層40cm, 80cm的地溫的變化并不顯著；地溫變化主要為土壤較淺層變暖．氣溫與0 ~ 40cm土壤較淺層地溫的變化具有較好的一致性，與80cm土壤較深層的溫度變化一致性較差．

衡水市；氣溫；地溫；變化趨勢(shì)；顯著性檢驗(yàn)

0 引言

據(jù)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)2007年的報(bào)告，氣候系統(tǒng)的變暖是毋庸置疑的，許多自然系統(tǒng)正在受到氣候變化，特別是溫度升高的影響．對(duì)氣溫變化，我國已經(jīng)開展了許多研究工作，但對(duì)地溫變化的研究還較少．河北平原是我國重要的糧油產(chǎn)區(qū)，衡水市位于河北平原中部，同時(shí)，其城鎮(zhèn)化水平偏低，氣象探測(cè)環(huán)境相對(duì)較好，研究其氣溫、地溫的變化對(duì)河北平原糧油產(chǎn)區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)業(yè)氣候規(guī)劃具有重要意義．

1 資料和方法

衡水市共有11個(gè)氣象站，建站最早的是饒陽、深州、衡水和冀州等4個(gè)站，自1957年有較完整的氣象資料；其次是故城、棗強(qiáng)和阜城等3個(gè)站，到1967年有較完整的氣象資料；其余4個(gè)站在1970－1972年后才有完整資料．各站的氣溫資料時(shí)間長度與建站時(shí)間一致，地溫資料開始的時(shí)間則長短不一．兼顧時(shí)間更長、地理位置更有代表性的原則，氣溫和0 ~ 20 cm地溫，選取建站時(shí)間較早的饒陽、深州、衡水、冀州、故城、棗強(qiáng)、阜城等7個(gè)站為代表站，用7個(gè)代表站資料的平均值為衡水市平均值．用一元回歸方法進(jìn)行差補(bǔ)訂正，將故城、棗強(qiáng)和阜城3個(gè)站的氣溫資料用臨近站補(bǔ)充到1959年，將阜城站的地溫資料補(bǔ)充到1965年，分別統(tǒng)計(jì)分析7個(gè)代表站1959－2010年的平均氣溫、最高氣溫和最低氣溫的資料以及1965－2010年0 ~ 20 cm地溫資料．由于只有衡水站有較完整的1966－2010年40 ~ 80 cm地溫資料，因此，40 ~ 80 cm地溫只統(tǒng)計(jì)分析衡水站1966－2010年資料．

建立衡水市氣溫和地溫序列與對(duì)應(yīng)年份的一元線性回歸方程，借助EXCEL工具，計(jì)算出氣溫、地溫對(duì)時(shí)間的線性相關(guān)系數(shù)、變化率，繪制氣溫和地溫的年際變化和線性趨勢(shì)圖，以= 0.05的顯著性水平為檢驗(yàn)變化是否顯著的標(biāo)準(zhǔn)，分析氣溫、地溫各要素的多年變化趨勢(shì)和變化幅度．

2 結(jié)果分析

2.1 氣溫的變化

2.1.1 年平均氣溫變化

1959－2010年，衡水市氣溫平均值為13.0 ℃，變化范圍在11.7 ~ 14.2 ℃之間．1959－2010年的近52 a，衡水市平均氣溫呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)(圖1)，與時(shí)間的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.548 8，超過= 0.001的顯著性水平，表明上升趨勢(shì)非常顯著，上升幅度為0.22 ℃/10a．

從平均氣溫的年代際變化看，20世紀(jì)60年代，氣溫波動(dòng)劇烈，其中1959－1961年上升至歷史第三高值13.9 ℃，1962－1964年、1965－1969年則2次降至11.7 ℃的歷史最低值．1969年后，年平均氣溫以波動(dòng)上升為主，1998年出現(xiàn)了14.2 ℃的歷史最高值．

圖1 1959－2010年衡水市平均氣溫變化

2.1.2 年最高、最低氣溫變化

1959－2010年，衡水市年最高氣溫平均值為19.2 ℃，變化范圍在16.9 ~ 20.2 ℃之間，最高氣溫對(duì)時(shí)間的相關(guān)系數(shù)為0.203 5，未通過= 0.05顯著性水平的檢驗(yàn)，表明年最高氣溫的上升趨勢(shì)還不十分顯著．年平均最低氣溫的平均值為7.8 ℃，變化范圍為5.9 ~ 9.4 ℃；其對(duì)時(shí)間的相關(guān)系數(shù)為0.792 3，超過= 0.001的顯著性水平，表明上升的趨勢(shì)非常顯著，平均上升幅度為0.44 ℃/10a．

圖2 1959－2010年衡水市最高氣溫與最低氣溫變化

從年代際變化看，年最高氣溫在20世紀(jì)60年代波動(dòng)較大，1964年出現(xiàn)16.9 ℃的歷史最低值；1965－1985年以較平穩(wěn)波動(dòng)為主；1985年后，進(jìn)入波動(dòng)上升階段(該時(shí)段最高氣溫的時(shí)間相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.523，超過0.02的顯著性水平)．對(duì)年最低氣溫，20世紀(jì)60年代為以下降為主，1969年降至最低值，之后轉(zhuǎn)為波動(dòng)上升，1998年出現(xiàn)歷史最高值．

2.2 地溫的變化

2.2.1 0 ~ 20 cm地溫

分析1965－2010年0 cm地表溫度和10 cm, 20 cm淺層地溫的變化(圖3)．結(jié)果表明，近46 a, 0 cm, 10 cm, 20 cm地溫年平均值分別為15.0 ℃, 14.6 ℃, 14.3 ℃，溫度范圍分別在13.7 ~ 16.1 ℃, 13.6 ~ 15.6 ℃, 13.4 ~ 15.4 ℃之間．0 cm, 10 cm, 20 cm地溫與時(shí)間相關(guān)系數(shù)分別為0.357 7, 0.121 9, 0.322 3，均為上升的傾向．進(jìn)行變化的顯著性檢驗(yàn)，0 cm和20 cm地溫通過了= 0.05顯著性水平檢驗(yàn)，10 cm則未能通過= 0.05的顯著性水平檢驗(yàn)．說明地表和20 cm地溫有顯著上升趨勢(shì)，10 cm地溫的上升趨勢(shì)則不十分顯著．0 cm和20 cm地溫的平均上升速率則分別為0.16 ℃/10a, 0.11 ℃/10a．

從年代際變化看，0 cm地表溫度和平均氣溫類似，在1965－1969年以下降為主，之后呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)．20 cm與0 cm的地溫變化在1985年之前基本同步變化，1985－2003年后亦呈波動(dòng)上升的趨勢(shì)，但二者的差值有所加大，2003年后其上升的態(tài)勢(shì)有所減弱．10 cm地溫在1985年之前以小幅波動(dòng)為主，之后波動(dòng)上升，近10 a有降低的傾向．

圖3 1965－2010年衡水市0 cm, 10 cm, 20 cm地溫變化

2.2.2 40 ~ 80 cm地溫

衡水市的40 ~ 80 cm地溫資料中，只有衡水市區(qū)站有較完整的觀測(cè)資料，資料開始于1966年，因此以衡水市區(qū)站為代表，分析衡水市1966－2010年40 ~ 80 cm地溫的變化．

結(jié)果顯示，1966－2010年的近45 a，衡水市40 cm, 80 cm地溫的平均值分別為14.3 ℃, 14.4 ℃，變化范圍分別為13.2 ~ 15.5 ℃, 13.4 ~ 15.4 ℃．二者對(duì)時(shí)間相關(guān)系數(shù)分別為－0.088 9, －0.101 5，進(jìn)行變化的顯著性水平檢驗(yàn)，其遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于= 0.05的顯著性水平，說明近45 a，衡水市40 cm, 80 cm地溫的變化不顯著．

圖4 1966－2010年衡水市年40 cm, 80 cm土壤深層溫度變化

分析40 cm, 80 cm地溫的年代際變化特征，1966－2010年，40 cm地溫在13.2 ~ 15.5 ℃之間以較大幅度波動(dòng)，最大值和最小值出現(xiàn)在1996－1999年的近15 a中．1966－1989年，80 cm與40 cm地溫在數(shù)值和變化上基本一致，1990年后，二者的數(shù)值與變化均失去了一致性，其中1997－2008年，這種不一致尤其明顯．

2.3 氣溫與地溫變化的相關(guān)性分析

計(jì)算1966－2010年氣溫及0 ~ 80 cm地溫之間的相關(guān)系數(shù)(表2)，并進(jìn)行相關(guān)顯著性檢驗(yàn)．結(jié)果顯示，氣溫、0 cm地溫和20 cm地溫三者間的相關(guān)系數(shù)值均大于0.820 0，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了= 0.001的顯著性水平，說明近52 a，氣溫與土壤較淺層的0 cm、20 cm溫度的變化具有很強(qiáng)的一致性．40 cm地溫與氣溫及0 ~ 20 cm地溫的相關(guān)系數(shù)在0.461 9 ~ 0.715 8之間，亦超過了= 0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，說明40 cm地溫與其上層地溫及氣溫的變化也有較明顯的一致性．80 cm地溫與氣溫的相關(guān)系數(shù)為0.272 8，低于= 0.05的顯著性水平，說明80 cm的較深層地溫與氣溫的變化沒有顯著的相關(guān)性．80 cm地溫與其上各層地溫的相關(guān)系數(shù)在0.336 1 ~ 0.726 1之間，均通過了= 0.05顯著性水平的檢驗(yàn)，且與80 cm層垂直距離越小相關(guān)系數(shù)越大，說明80 cm地溫與其上各層地溫的變化有較好的一致性，這種一致性隨垂直距離接近而加強(qiáng)．

表2 1966－2010年衡水市氣溫、地溫之間的相關(guān)系數(shù)

注：= 0.304 4.

3 小結(jié)

1) 1959－2010年的近52 a，衡水市平均氣溫和最低氣溫有明顯升高的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)主要始于1969年之后；同期，最高氣溫總體升高的趨勢(shì)還不十分顯著，但自1986年，最高氣溫也進(jìn)入波動(dòng)上升階段；最低氣溫的升高對(duì)平均氣溫的升高有更大的貢獻(xiàn)．近52 a，衡水市平均氣溫的上升速率為0.22 ℃/10a，最低氣溫為 0.44 ℃/10a．

2) 1965－2010年，0 cm, 20 cm的地溫也顯著升高，這種上升時(shí)段也主要開始于1969年之后；10 cm地溫的上升趨勢(shì)還不十分顯著．0 cm, 20 cm的平均上升速率分別為0.18 ℃/10a, 0.14 ℃/10a．

3) 1966－2010年，土壤較深層40 cm, 80 cm溫度的線性變化趨勢(shì)不顯著，氣溫的顯著上升主要影響到了土壤較淺層的0 ~ 20 cm．

4) 1966－2010年，氣溫和0 ~ 40 cm地溫各要素之間的變化有較好的相關(guān)性；80 cm地溫與氣溫變化的相關(guān)性則不顯著，但80 cm地溫與其上各層地溫的變化亦有較好的相關(guān)性，這種地溫變化的相關(guān)性隨土壤層垂直距離的接近而加強(qiáng)．

[1] 陳隆勛,周秀驥,李維亮,等.中國近80年來氣候變化特征及其形成機(jī)制[J].氣象學(xué)報(bào),2004,62(5):634-645.

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Analysis of Air and Ground Temperature Variations of Hengshui City in Recent 50 Years

KANG Wen-ying, XU Jian-fen

(Meteorological Bureau of Hengshui City, Hengshui, Hebei 053000, China)

In the article, the atmospheric and ground temperature changes in Hengshui City have been analyzed based on measured data of seven meteorological stations from 1959 to 2010. The research found that, during the 52 years in 1959-2010, the average air temperature of the city has significantly increased, and in the extreme weather, minimum temperature has greatly increased compared with the maximum temperature. During the 46 years in 1965-2010, thetendency of ground warming is very significant at the places of surface and below 20 cm rather than below 10 cm. In addition, the negligible changes of ground temperature were found in deep places of 40 and 80 cm far from surface. So the ground warming mainly origins from temperature increase of shallow soil0 ~ 40cm blow surface, which is also consistent with the change of air temperature. In contrast, the air temperature change is not consistent with the temperature variation of deep soil 80 cm below ground.

Hengshui City; air temperature; ground temperature; change trend; significance test

(責(zé)任編校：李建明 英文校對(duì)：李玉玲)

P46

A

1673-2065(2013)04-0104-04

2013-03-26

康文英(1974-),女,河北冀州人,衡水市氣象局工程師; 徐建芬(1965-),女,河北阜城人,衡水市氣象局高級(jí)工程師.