劉洋，劉濱輝

(東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150040)

近幾十年全球變化已成為研究的焦點(diǎn)，IPCC報(bào)告指出在1906～2005年間地表溫度升高了0.74℃，且這種升溫主要集中在近50年，在中高緯度地區(qū)尤為突出［1－2］。在以往氣候變化的研究中主要側(cè)重于對(duì)氣溫與降水的研究，對(duì)地溫的研究較少。近年來，地溫的研究越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的重視，Hu等分析了美國北部和西北部10 cm地溫的變化，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)站點(diǎn)地溫均呈現(xiàn)升溫趨勢(shì)［3］;Zhang等通過研究加拿大地溫、氣溫以及降水相關(guān)資料，得出三者存在復(fù)雜的響應(yīng)關(guān)系［4］。Ye?il1rmak通過研究土耳其西部地溫的變化，發(fā)現(xiàn)地溫在4個(gè)季節(jié)中均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)［5］。一些學(xué)者也對(duì)凍土區(qū)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)凍土層溫度也呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)［6－7］。我國有關(guān)地溫方面的研究始于20世紀(jì)90年代，代玉田等對(duì)我國淺層地溫進(jìn)行了研究，結(jié)果表明淺層地溫呈現(xiàn)明顯升高趨勢(shì)，且氣溫和降水是影響地溫上升的主要原因［8－9］。也有一些學(xué)者對(duì)深層地溫進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)深層地溫也呈現(xiàn)升高趨勢(shì)［10－11］。在以往的研究中主要是針對(duì)淺層地溫以及青藏高原地區(qū)的深層地溫進(jìn)行研究，但對(duì)吉林省地表溫度的研究比較少。筆者基于吉林省20個(gè)站點(diǎn)的地表溫度及氣溫資料，對(duì)吉林省地表溫度進(jìn)行分析，以期為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局和結(jié)構(gòu)調(diào)整提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料選取 研究數(shù)據(jù)選取吉林省內(nèi)20個(gè)國家基準(zhǔn)氣象站1951～2007年的每日0 cm平均地溫(STmean)、0 cm最高地溫(STmax)和0 cm最低地溫(STmin)、平均氣溫(Tmean)、最高氣溫(Tmax)、最低氣溫(Tmin)資料。大部分氣象站是從1950年初期開始觀測(cè)的，由于儀器等相關(guān)問題1951～1964年的數(shù)據(jù)缺失較嚴(yán)重，因此該研究僅采用1965～2007年的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，在這期間數(shù)據(jù)缺失較少，數(shù)據(jù)較完整，缺失數(shù)據(jù)僅占總觀測(cè)值的0.09%。所選取的20個(gè)氣象站點(diǎn)在吉林省的空間分布合理，有較好的代表性(圖1)。對(duì)于數(shù)據(jù)連續(xù)缺失超過7 d的，采用逐步回歸法進(jìn)行插值，對(duì)于數(shù)據(jù)連續(xù)缺失在7 d以內(nèi)的情況則使用簡單的線性插補(bǔ)法。且將插補(bǔ)過的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)，差異不顯著［12］。

1.2 分析方法 把整個(gè)吉林省作為一個(gè)整體，計(jì)算年平均值，以年份為自變量、平均地溫為因變量，用一元線性方程y=a0+a1t描述地溫隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，用a1×10表示平均地溫每10年的氣候傾向率［13］，以分析整個(gè)吉林省地表溫度的年際變化。

圖1 吉林省20個(gè)氣象站的空間分布

2 結(jié)果與分析

2.1 吉林省地表溫度的氣候傾向率 由吉林省1965～2007年地表溫度的氣候傾向率(表1)可知，1965～2007年0 cm平均地溫(STmean)、0 cm最高地溫(STmax)和0 cm最低地溫(STmin)均呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)，增幅分別為 0.62、0.50、0.85℃/10a，其中STmin增幅最大，STmax增幅最小。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，地表溫度2000年前后的氣候傾向率呈現(xiàn)很大差別，為了更好地了解地表溫度的變化規(guī)律，同時(shí)計(jì)算了1965～2000年地表溫度的傾向率，總體看 STmean、STmax以及 STmin在1965～2000的氣候傾向率也均呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)，增幅分別為0.45、0.48、0.55 ℃ /10a。對(duì)比2 個(gè)時(shí)間段的變化幅度發(fā)現(xiàn)，2個(gè)時(shí)間段的增幅差呈現(xiàn)STmin＞STmean＞STmax，其中STmax在2個(gè)時(shí)間段的增幅差距不大，而STmean和STmin在1965～2007年的增溫幅度比1965～2000年的增溫幅度分別高出0.17、0.30℃/10a。由地溫日較差(SDTR)的傾向率也可以明顯看出，2000年以前SDTR的變化還不顯著，但整個(gè)時(shí)間段SDTR是顯著下降。由此可以看出1965～2000年STmean顯著上升主要是由于STmax與STmin的顯著上升，2000年以后則主要是由于STmin顯著上升導(dǎo)致的。

與此相對(duì)應(yīng)，吉林省1965～2007年平均氣溫(Tmean)、最高氣溫(Tmax)、最低氣溫(Tmin)均呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)，上升幅度分別為0.45、0.34、0.58 ℃ /10a，其中上升幅度最大的為Tmin，上升幅度最小的是 Tmax;在1965～2000年間 Tmean、Tmax、Tmin的氣候傾向率也均呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，上升幅度分別為0.47、0.30、0.64 ℃ /10a(表1)。對(duì)比1965～2007年與1965～2000年氣溫的傾向率可知，其中Tmean、Tmin以及氣溫日較差(DTR)1965～2007年的變化幅度小于1965～2000年的變化幅度，Tmax則呈現(xiàn)相反的規(guī)律，但差距均不大。

對(duì)比地溫、氣溫的氣候傾向率可知，整個(gè)時(shí)間段地表溫度無論是白天還是夜間的升溫幅度均大于氣溫的升溫幅度。1965～2000年除STmax的氣候傾向率大于Tmax外，STmean、STmin均小于Tmean與Tmin的氣候傾向率，2000年以前STmean與Tmean的變化較一致，2000年以后STmean的升溫幅度顯著高于Tmean，這主要是由于2000年以后STmin顯著上升造成的。

表1 吉林省年平均地表溫度與氣溫以及降水的氣候傾向率 ℃/10a

2.2 吉林省地表溫度的年際變化規(guī)律 為了更好地了解地溫的長期變化規(guī)律，對(duì)時(shí)間序列進(jìn)行了九點(diǎn)二次平滑處理。由圖2 可知，1965 ～2007 年 STmean、STmax、STmin均呈上升趨勢(shì);STmean、STmax的變化大致可分為2個(gè)階段，1965～2000年持續(xù)穩(wěn)步上升，2000年以后STmean明顯上升，升溫幅度較大，而STmax變化不大;STmin的變化大致可以分為3個(gè)階段，1965～1990年持續(xù)穩(wěn)步上升，1990～2000年基本不變，2000～2007年突然上升;STmax和STmin的這種變化規(guī)律使SDTR的變化也呈階段性，1965～2000年的SDTR基本不變，2000年以后迅速下降。由此進(jìn)一步證實(shí)STmean的變化趨勢(shì)與STmax、STmin密切相關(guān)，且2000年以后的變化趨勢(shì)主要是由于STmin的變化帶來的。

圖2 1965～2007年吉林省地表平均溫度ST mean、最高溫度ST max、最低溫度STmin變化

由吉林省1965～2007年氣溫的的年際變化(圖3)可知，1965～2007年Tmean、Tmax、Tmin均呈上升趨勢(shì);Tmean、Tmax、Tmin的變化趨勢(shì)均可以分為3個(gè)階段，Tmean、Tmin1965～1985年持續(xù)緩慢上升，1985～1990年快速上升，1990～2007年變化不大;Tmax1965～1985年的變化不大，1985～1990年快速上升，1990～2007年變化不大。Tmax和Tmin的這種變化規(guī)律致使DTR的變化也呈階段性，即1965～1985年呈下降趨勢(shì)，1985～2007年變化不大。由此可見，平均氣溫在1985年以前的升溫主要是由于Tmin上升帶來的，1985年以后由于Tmax、Tmin的變化較一致，因此Tmean的變化規(guī)律是這2個(gè)因子共同作用的結(jié)果。

圖3 1965～2007年吉林省平均氣溫Tmean、最高氣溫T max、最低氣溫T min變化

綜上可知，1965～2000年之間STmean與Tmean之間的變化趨勢(shì)基本一致，且地溫的升溫幅度稍低于氣溫，但自2000年以后地溫迅速上升，而此階段氣溫基本保持不變。由于STmax、STmin與 Tmax、Tmin的隨時(shí)間變化規(guī)律存在差異，因此SDTR與DTR的隨時(shí)間變化規(guī)律差距也比較大。主要表現(xiàn)為DTR在1965～1985年呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，SDTR在2000年以后呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

2.3 吉林省地表溫度與氣溫的關(guān)系 為了更好地了解地表溫度與氣溫的關(guān)系，對(duì)地表溫度與氣溫進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果表明(表 2)，STmean與 STmax、STmin、Tmean、Tmax、Tmin均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)均在0.80以上。其中與STmean的相關(guān)性由強(qiáng)到弱呈現(xiàn)為Tmean＞ STmin＞Tmin＞ Tmax＞STmax，總體看 STmean與 Tmean的相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)達(dá) 0.95，STmax、STmin與氣溫指標(biāo)的相關(guān)性強(qiáng)于與地溫指標(biāo)的相關(guān)性，且STmax與Tmax相關(guān)性最強(qiáng)，STmin與Tmin相關(guān)性最強(qiáng)。與此相對(duì)應(yīng)，雖然Tmax、Tmin與相對(duì)應(yīng)的 STmax、STmin相關(guān)性最強(qiáng)，但它們與其他氣溫指標(biāo)的相關(guān)性強(qiáng)于地溫指標(biāo)的相關(guān)性，這符合以前的研究結(jié)果［14］，即氣溫是影響地溫的最主要的氣象因子，且氣溫對(duì)地溫的影響強(qiáng)于地溫對(duì)氣溫的影響。STmin與STmean的相關(guān)性強(qiáng)于STmax與STmean相關(guān)性，這也可以更好地解釋為何2000年以后STmean變化與STmin比較一致。SDTR與STmax呈顯著正相關(guān)，與STmin呈顯著負(fù)相關(guān)，進(jìn)一步證實(shí)了2000年以后SDTR的下降是由STmax的下降與STmin的上升共同作用的結(jié)果;與此相對(duì)應(yīng)，DTR與Tmin呈顯著負(fù)相關(guān)，與Tmax相關(guān)性很弱，進(jìn)一步證實(shí)了1985年以前DTR的下降主要是由于Tmin上升導(dǎo)致的。

表2 1965～2007年吉林省地表溫度與氣溫的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論

(1)1965 ～2007 年吉林省 STmean、STmax、STmin均呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)，增幅分別為 0.62、0.50、0.85 ℃ /10a;與此相對(duì)應(yīng)，Tmean、Tmax、Tmin也均呈現(xiàn)出顯著上升趨勢(shì)，上升幅度分別為0.45、0.34、0.58 ℃ /10a，整個(gè)時(shí)間段地表溫度升溫幅度大于氣溫的升溫幅度。

(2)雖然 1965 ～2007 年吉林省 STmean、STmax、STmin與Tmean、Tmax、Tmin均呈上升趨勢(shì)，但它們隨時(shí)間變化的規(guī)律卻存在明顯的差別。主要體現(xiàn)在2000年以后Tmean、Tmax、Tmin均變化不大，同時(shí)STmax略微下降，STmean、STmin呈顯著上升趨勢(shì)。

(3)1965～2007年吉林省SDTR與DTR均呈顯著下降趨勢(shì)，但他們的變化規(guī)律有所不同，SDTR是從2000以后呈顯著下降趨勢(shì)，DTR是在1985年之前呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。

(4)地溫與氣溫的相關(guān)關(guān)系表明，氣溫對(duì)地溫的影響強(qiáng)于地溫對(duì)氣溫的影響，這也證實(shí)了氣溫是主導(dǎo)地溫變化的重要?dú)庀笠蜃印?/p>

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