李煥，王歡，吐爾遜，塔拉甫漢

（1.哈巴河縣氣象局，新疆哈巴河 836700，2.阿勒泰地區(qū)氣象局，新疆阿勒泰 836500）

新疆阿勒泰地區(qū)近50 a暖季淺層地溫變化特征分析

李煥1，王歡2，吐爾遜1，塔拉甫漢1

（1.哈巴河縣氣象局，新疆哈巴河 836700，2.阿勒泰地區(qū)氣象局，新疆阿勒泰 836500）

利用阿勒泰地區(qū)1961—2010年7個觀測站暖季（5—9月）5～20 cm土層的逐月平均地溫資料，采用氣候統(tǒng)計診斷分析方法，對近50 a阿勒泰暖季淺層平均地溫、各月平均地溫的氣候變化趨勢及突變特點進行研究。結(jié)果表明，近50 a阿勒泰地區(qū)暖季淺層地溫呈上升趨勢，富蘊升溫幅度最大，為0.88℃/10 a（P<0.01）。暖季淺層各月平均地溫均呈上升趨勢，升幅最大值為1.02～1.07℃/10 a（P<0.01），均以富蘊或青河升溫幅度最大，7月增幅最大，9月增幅最小，各層自1981年以來增溫尤為明顯。1961—2010年暖季大部站點平均淺層地溫在1972年發(fā)生了突變，而各月平均淺層地溫大部分在20世紀60年代中期到70年代中期發(fā)生了突變。暖季5、10、15、20 cm 4個土層溫度與同期氣溫和地表溫度均呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，二者的顯著升高正是導(dǎo)致淺層地溫呈明顯升高趨勢的原因。

阿勒泰；淺層地溫；氣候特征；氣候突變

地溫是衡量地表土壤熱能的物理量，其變化比氣溫變化更具有保守性和滯后性，對大氣環(huán)流和氣候變化有重要影響[1]。近年來，人們在關(guān)注氣溫變化[2-3]的同時，也在關(guān)注地溫的變化[4]。地溫、地溫場是地熱的重要參數(shù)之一[5]，是土壤表面吸收太陽輻射后轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥罒崮懿魉偷捷^深層的表述，其變化比氣溫變化更具有保守性和滯后性。土壤溫度不僅影響種子的萌發(fā)、幼苗和根系的生長、發(fā)育，而且也影響植物對水分、養(yǎng)分的運輸和吸收及土壤中有效養(yǎng)分的變化等[6-7]，土壤溫度的年日變化對土壤內(nèi)部生物物理（biophysical）和化學(xué)過程的影響非常強烈[8]。近年來有不少學(xué)者對土壤溫度的氣候變化進行了研究，陸曉波等[9]研究了中國近50年地溫的變化特征發(fā)現(xiàn)，20世紀后半段，全國年平均地溫的年代際變化大致經(jīng)歷了3個階段，即地溫下降階段，相對氣候冷期及90年代后期的升溫階段；湯懋蒼等[10]對深層土壤（3.2 m）溫度與后期降水的關(guān)系作了長期研究；阿布都克日木·阿巴司[11]對新疆喀什市1961—2007年淺層地溫進行了研究，得出各層年平均地溫以0.1～0.4℃/10 a的升溫率顯著上升，15 cm深度的升溫率最大；裴洪芹等[12]研究了近48 a臨沂淺層地溫的變化特征發(fā)現(xiàn)，各層年平均地溫以0.215～0.297℃/10 a的升溫率顯著上升，0 cm的升溫率最大；王寶軍等[13]對近30年南京市淺層地溫場變化規(guī)律分析，淺層地溫場總體呈現(xiàn)上升趨勢，其中地表上升最大值達2.8℃，0～20 cm土層溫度變化幅度比較接近，上升最大值達2.0℃，40 cm處最大值達1.75℃；賈效祿等[14]對烏魯木齊市氣象局1961—2009年的深層地溫資料進行了分析，得出烏魯木齊深層平均地溫在1985年之后的年際和季節(jié)變化均呈升高趨勢。而研究新疆偏北部地區(qū)淺層地溫變化的結(jié)果尚未見報道。

在氣候變暖背景下，探討淺層地溫變化規(guī)律對合理利用氣候資源及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。因此，本文擬選取阿勒泰地區(qū)6縣1市1961—2010年暖季（5—9月）5、10、15、20cm平均地溫，研究近50 a阿勒泰地區(qū)暖季淺層地溫的氣候變化特征，以期為阿勒泰氣候變化研究和氣象學(xué)研究提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

阿勒泰地區(qū)地處歐亞大陸腹地，新疆最北部，北部和東北部為阿爾泰山脈，西南部為薩吾爾山區(qū)，南接準噶爾盆地，額爾齊斯河、烏倫古河橫貫中部；地勢為北部至東北部高，向西南逐漸降低，到河谷最低，由河谷向西南逐漸升高。該地氣候具有春旱多風、夏短少炎、秋高氣爽、冬寒漫長和多大風的特點，并在高山盆地、丘陵平原等復(fù)雜地形區(qū)又形成了多樣的局部小氣候。

1.2 資料來源及分析方法

本文選取阿勒泰地區(qū)6縣1市哈巴河、吉木乃、布爾津、福海、阿勒泰、富蘊、青河7個氣象觀測站1961—2010年暖季5、10、15和20 cm平均地溫的觀測資料，站點分布見圖1。

按照《地面氣象觀測規(guī)范》規(guī)定，下墊面溫度和不同深度的土壤溫度統(tǒng)稱地溫，淺層地溫包括離地面5、10、15、20 cm深度的地中溫度[15]。阿勒泰地區(qū)2004年以前淺層地溫資料采用玻璃液體地溫表人工讀取，并且由于阿勒泰地區(qū)10月—翌年4月淺層地溫低且不穩(wěn)定，極易凍壞玻璃液體溫度表，所以只能觀測暖季（5—9月）淺層地溫，2005年才開始使用鉑電阻地溫傳感器自動獲取。因此為了使研究的資料更具代表性和連續(xù)性，本文主要分析暖季（5—9月）淺層地溫資料。

數(shù)據(jù)處理及分析采用Excel2003，地溫的變化趨勢用氣候傾向率[16-17]和氣候趨勢系數(shù)[18]表述，用Mann-Kendall突變檢測方法進行突變分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 淺層地溫的年際變化趨勢

2.1.1 暖季平均地溫

表1為阿勒泰地區(qū)各站暖季平均地溫、各月地溫的氣候傾向率。由表中可見，近50 a阿勒泰地區(qū)各站暖季淺層平均地溫均呈上升趨勢，4個土層升幅最大值在0.83～0.85℃/10 a（P<0.01），除20 cm升幅最大在富蘊外，其他均以青河站升幅最大。各土層地溫中除阿勒泰站變化趨勢不十分顯著外，其他6站均通過0.01水平的顯著性檢驗。

2.1.2 暖季各月平均地溫

由表1可見，5 cm土層各月均呈升溫趨勢，5月布爾津站增幅最大，為0.85℃/10 a（P<0.01）；6—8月青河站增幅最大，分別為為0.88℃/10 a（P< 0.01）；1.07℃/10 a（P<0.01）；0.92℃/10 a（P< 0.01）。9月富蘊站升幅最大，為0.86℃/10 a（P< 0.01）。6—9月除阿勒泰站外其他6站均達到極顯著水平；5月有4站達到極顯著水平，2站達到顯著水平。全地區(qū)5—9月均達到極顯著水平，阿勒泰站5—9月均變化不明顯。

10cm土層各月也均呈升溫趨勢，5月布爾津站增幅最大，為1.06℃/10 a（P<0.01）；6—7月青河站增幅最大，分別為0.91℃/10 a（P<0.01），1.02℃/10 a（P<0.01）；8—9月富蘊站升幅最大，分別為0.91℃/ 10 a（P<0.01）)，0.90℃/10 a（P<0.01）。6—9月除阿勒泰站外其他6站均達到極顯著水平；5月有5站達到極顯著水平，1站達到顯著水平。全地區(qū)5—9月均達到極顯著水平，阿勒泰站除6月達到顯著水平，其他各月均變化不明顯。

15cm土層各月仍均呈升溫趨勢，5月布爾津站增幅最大，為1.08℃/10 a（P<0.01）；6—7月青河站增幅最大，分別為為0.93℃/10 a（P<0.01）；1.03℃/ 10 a（P<0.01）；8—9月富蘊站升幅最大，分別為1.01℃/10 a（P<0.01），0.94℃/10 a（P<0.01）。6月、9月除阿勒泰站外其他6站均達到極顯著水平；5月有5站達到極顯著水平，1站達到顯著水平；7—8月有5站達到極顯著水平，1站達到顯著水平，阿勒泰站變化不明顯。全地區(qū)5—9月均達到極顯著水平，阿勒泰站除6月份達到顯著水平，其他各月均變化不明顯。

20cm土層各月仍均呈升溫趨勢，5月布爾津站增幅最大，為1.06℃/10 a（P<0.01）；6月青河站、布爾津站增幅最大，均為0.87℃/10 a（P<0.01）；7—9月富蘊站升幅最大，分別為1.03℃/10 a（P<0.01），1.05℃/10 a（P<0.01），0.97℃/10 a（P<0.01）。6月、9月除阿勒泰站外其他6站均達到極顯著水平；5月、7月有5站達到極顯著水平，1站達到顯著水平；8月有5站達到極顯著水平，2站變化不明顯。全地區(qū)5—9月均達到極顯著水平，阿勒泰站5—9月均變化不明顯。

可見，阿勒泰地區(qū)各站暖季平均、暖季各月平均淺層地溫均呈升高趨勢，全地區(qū)平均淺層地溫以0.59～0.61℃/10 a（P<0.01）的速率升高，而近30 a升幅更明顯，各土層增幅最大達0.94℃/10 a（P< 0.01）；全地區(qū)各月平均淺層地溫升幅為0.52～0.69℃/10 a（P<0.01），以7月增幅最大，9月最小，各土層近30 a增溫尤為明顯，其中7月最突出，各土層增幅最大達1.28℃/10 a（P<0.01），這表明阿勒泰地區(qū)暖季淺層地溫升溫幅度有加大的趨勢。

2.2 淺層地溫的年代際變化特點

由圖2可見，各層暖季平均地溫所有站點呈逐年代升高趨勢，20世紀60年代最低，21世紀初最高。60年代4個土層最高值均出現(xiàn)在阿勒泰站，其次是福海站，2l世紀初4個土層均以青河站最高，其次是布爾津站。60年代和70年代所有站點均為負距平，80年代和90年代距平有正有負，2l世紀初期均為正距平。七個站四個土層平均地溫距平最高值均出現(xiàn)在21世紀初；哈巴河、吉木乃、布爾津、富蘊四個土層平均地溫距平最低值均出現(xiàn)在60年代，阿勒泰、青河出現(xiàn)在70年代，福海5、10 cm平均地溫距平最低值出現(xiàn)在60年代，15、20 cm最低值出現(xiàn)在70年代。

2.3 暖季淺層地溫的突變特征2.3.1平均地溫

阿勒泰絕大部站點暖季平均淺層地溫突變時間發(fā)生在20世紀70年代初中期，各站淺層地溫發(fā)生了一個由相對偏冷期躍變?yōu)橄鄬ζ诘臍夂蛲蛔儸F(xiàn)象。采用Mann-Kendall法對阿勒泰地區(qū)淺層地溫進行突變檢驗，阿勒泰地區(qū)1961—2010年7站暖季淺層地溫氣候突變年份（表2）。由表2可見，7個站均發(fā)生了明顯突變。大部站點各層在1972、1976年發(fā)生了突變，哈巴河15、20 cm土層，福海20 cm土層，青河15 cm土層突變出現(xiàn)在1964年，福海3個土層突變出現(xiàn)在1962年，富蘊15、20 cm土層突變出現(xiàn)在1969年。全地區(qū)暖季平均淺層地溫在1972年發(fā)生了突變。表明阿勒泰地區(qū)淺層地溫升高的趨勢十分顯著，從地域分布看，地處阿勒泰地區(qū)中部的福海暖季平均淺層地溫的突變要明顯早于全地區(qū)其它縣。

2.3.2 各月平均地溫

阿勒泰地區(qū)各站暖季各月淺層地溫突變時間絕大部分發(fā)生在20世紀70年代初中期，各站暖季各月淺層地溫發(fā)生了一個由相對偏冷期躍變?yōu)橄鄬ζ诘臍夂蛲蛔儸F(xiàn)象。根據(jù)式（2）、（3）計算得到7個站5、10、15、20 cm淺層地溫暖季各月的氣候突變年份，經(jīng)檢驗7站均發(fā)生了突變（表3）。由表可知，（1）阿勒泰地區(qū)近50 a5月哈巴河、吉木乃、富蘊4個土層在1976年發(fā)生了突變，布爾津、福海、全地區(qū)平均4個土層在1974年發(fā)生了突變，阿勒泰4個土層在1964年，青河4個土層在1980年；（2）6月吉木乃、阿勒泰4個土層在1976年發(fā)生了突變，富蘊4個土層，布爾津3個土層，青河2個土層，哈巴河1個土層在1963年發(fā)生了突變，福海4個土層、，全地區(qū)平均3個土層、青河2個土層、哈巴河、布爾津各1個土層在1970年發(fā)生了突變；（3）7月哈巴河、布爾津、阿勒泰4個土層，全地區(qū)平均、福海3個土層，富蘊、青河2個土層在1964年發(fā)生了突變，吉木乃4個土層在1976年發(fā)生了突變，富蘊2個土層在1966年發(fā)生了突變，青河、全地區(qū)平均1個土層在1972年發(fā)生了突變；（4）8月布爾津、福海、富蘊、全地區(qū)平均4個土層在1974年發(fā)生了突變，哈巴河4個土層在1966年發(fā)生了突變，吉木乃4個土層在1976年發(fā)生了突變，青河4個土層在1971年發(fā)生了突變；（5）9月吉木乃、阿勒泰4個土層在1976年發(fā)生了突變，全地區(qū)平均4個土層、富蘊、青河3個土層在1970年發(fā)生了突變，布爾津、福海3個土層在1972年發(fā)生了突變，哈巴河3個土層在1966年發(fā)生了突變。阿勒泰各站暖季各月均發(fā)生了突變現(xiàn)象，突變年份大部分出現(xiàn)在20世紀60年代初中期和20世紀70年代初中期。

2.4 淺層地溫與氣溫、地表溫度和降水量的關(guān)系

近50 a阿勒泰地區(qū)7站暖季5、10、15、20 cm淺層平均地溫與同期平均氣溫、地表溫度、降水量的相關(guān)分析表明，氣溫與淺層地溫呈明顯的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.608～0.954（P<0.01），地表溫度與淺層地溫呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.746～0.989（P<0.01）；降水量與淺層地溫呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.042～0.623。

近50 a年全地區(qū)暖季平均氣溫總體呈上升趨勢，氣候傾向率為0.32℃/10 a（P<0.01），其中在20世紀90年代初呈下降趨勢，90年代中期以后開始上升，上升趨勢持續(xù)至2008年。全地區(qū)各層暖季平均地溫均呈上升趨勢，傾向率分別為0.60、0.61、0.59、0.61℃/10 a。暖季平均氣溫與同期淺層5、10、15、20 cm平均地溫相關(guān)性分析結(jié)果表明，氣溫與淺層地溫呈明顯的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.608～0.954（P< 0.01），氣溫上升的階段，各淺層地溫均上升。近50 a暖季平均氣溫總體呈上升趨勢，各淺層地溫也均呈上升趨勢，由圖可見，氣溫和各淺層地溫均在20世紀90年代初呈下降趨勢，90年代中期—2008年呈上升趨勢。1992、1993年出現(xiàn)最低氣溫值16.5℃時，各淺層地溫同步出現(xiàn)最低值。

圖3顯示，近50 a阿勒泰地區(qū)暖季地表溫度呈線性上升趨勢，氣候傾向率為0.70℃/10 a（P< 0.01），對比地表溫度與淺層層平均地溫的年變化趨勢可知，當?shù)乇頊囟壬仙龝r，5～20 cm淺層地溫也呈上升趨勢；地表溫度下降時，5～20 cm淺層地溫也呈下降趨勢。

從圖3中近50 a阿勒泰地區(qū)暖季降水量變化來看，近50 a阿勒泰地區(qū)暖季降水量呈增多趨勢，增幅為2.5 mm/10 a，暖季降水多時，同期淺層平均地溫相對較低，暖季降水少時，同期淺層平均地溫相對較高。表明淺層平均地溫的高低與降水量的多少有關(guān)。

3 結(jié)論與討論

（1）近50 a阿勒泰地區(qū)各站淺層暖季平均地溫以0.59～0.61℃/10 a（P<0.01）的速率升高，而近30 a升幅更明顯，高達0.94℃/10 a（P<0.01），4個土層升幅最大值在0.83～0.85℃/10 a（P<0.01），除20 cm升幅最大在富蘊外，其他均以青河站升幅最大。

（2）全地區(qū)暖季各月平均淺層地溫升幅為0.52～0.69℃/10 a（P<0.01），以7月增幅最大，9月最小，近30 a增溫最突出，增幅達1.28℃/10 a（P< 0.01）。

（3）1961—2010年阿勒泰地區(qū)大部站點4個土層均發(fā)生了明顯突變，大部分站點的突變年份為1972、1976年，全地區(qū)暖季平均淺層地溫在1972年發(fā)生了突變；各站暖季各月均發(fā)生了突變現(xiàn)象，突變年份大部分出現(xiàn)在20世紀60年代初中期和20世紀70年代初中期，暖季平均地溫、暖季各月平均地溫發(fā)生了從一個相對偏冷期躍變?yōu)橄鄬ζ诘臍夂蛲蛔儭?/p>

（4）阿勒泰地區(qū)暖季氣溫與淺層地溫呈明顯的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.608～0.954（P<0.01），地表溫度與淺層地溫呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.746～0.989（P<0.01）；降水量與淺層地溫呈負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)0.042～0.623。

氣候變暖后，熱量條件有所改善，有利于阿勒泰地區(qū)作物生長季的延長、可表現(xiàn)為牧草返青期提前，黃枯期推后，夏、秋季草場利用時間延長；地溫上升也有利于牲畜越冬。同時考慮到未來農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害、病蟲害也可能更加頻繁，從而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不穩(wěn)定性加大。因此，根據(jù)地溫的變化適時調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局和結(jié)構(gòu)，積極應(yīng)對可能出現(xiàn)的情況是十分必要的。

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Variation Characteristics of Shallow Soil Temperature in Altay Region during 1961-2010

LI Huan1，WANG Huan2，Tuerxun1，Talafuhan1

（1.Habahe Meteorological Bureau，Habahe 836700，China；2.Altay Meteorological Bureau，Altay 836500，China）

The monthly climate change tendency and climate abrupt change of average shallow soil temperature in warm season in latest 50 years were analyzed，using climate statistical diagnosis analysis method，based on the monthly average 5～20 cm soil temperature data in warm season from 7 observation stations in Altay region from 1961 to 2010.The results showed that the annual average shallow soil temperature in warm season increased in last 50 years，the maximum increasing was found in the Fuyun region at the rate of 0.88℃/10 a（P<0.01）.The monthly annual average soil temperature in warm season for levels of 5cm，10 cm，15 cm，20 cm also showed rising trends，which ranged from1.02℃/10 a to1.07℃/10 a（P<0.01）.The maximum increasing also was found in Fuyun, and the trend was obviously from 1981.Climate abrupt change of average soil temperature in warm season occurred in 1972 at the most of stations.The monthly average soil temperture abrupt change occurred form 1960s to 1970s and there was clear positive correlation between shallow soil temperature and surface temperature,and between shallow soil temperature and air temperature in warm season.The air temperature and surface temperature rising might resulted in the shallow soil temperature increasing.The results could provide references to optimal utilize climate resources and to adjust agricultural structure.

Altay；shallow soil temperature；climate characteristic；climate abrupt

P468

B

1002-0799（2015）04-0037-06

李煥，王歡，吐爾遜，等.新疆阿勒泰地區(qū)近50 a暖季淺層地溫變化特征分析[J].沙漠與綠洲氣象，2015，9（4）：37-42.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.04.006

2015-03-07；

2015-06-01

李煥（1978-），女，工程師，現(xiàn)從事天氣預(yù)報及氣象服務(wù)工作。E-mail：hbhqxjlh@sina.com