昌吉市近50年春播期淺層地溫變化特征分析

簡(jiǎn)詠梅 李奇

摘要：采用昌吉市一般氣候站1970 — 2019年逐月淺層地溫觀測(cè)資料，利用氣候傾向率、累積距平、回歸分析等統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)昌吉市近50 年春播期（4 — 5月）淺層地溫的變化特征、趨勢(shì)及突變年份進(jìn)行分析。結(jié)果表明，近50 年昌吉市春播期氣溫呈明顯升高趨勢(shì)，0～20 cm各土層地溫的變化趨勢(shì)不顯著。在年代際變化上，平均氣溫和0 cm土層地溫呈現(xiàn)出先升后降的特征，1970 — 2009年為上升趨勢(shì)，2010年以來(lái)呈下降趨勢(shì)。5、10、15、20 cm土層地溫均呈先降后升再降的特征，1979 — 1989年呈下降趨勢(shì)，1990 — 2009年呈上升趨勢(shì)，2010年以來(lái)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。從春播期平均氣溫和各層地溫的每10 年平均對(duì)比分析看，氣溫和各層地溫在2000 — 2009年平均值均出現(xiàn)了最大值，表明2000 — 2009年為近50 年中氣溫和地溫最高的10年。通過(guò)累積距平法可知，昌吉市近50 年春播期平均氣溫在1996年出現(xiàn)了明顯轉(zhuǎn)折，之前累積曲線基本上呈下降趨勢(shì)，氣溫以負(fù)距平為主;之后累積曲線呈明顯上升趨勢(shì)，氣溫以正距平為主。0 cm土層平均地溫在1990、2008年出現(xiàn)了明顯轉(zhuǎn)折。1990年之前累積曲線呈明顯下降趨勢(shì)，地溫以負(fù)距平為主;1991 — 2008年累積曲線呈明顯上升趨勢(shì)，地溫以正距平為主。2008年之后累積曲線呈下降趨勢(shì)，地溫以負(fù)距平為主;5、10、15、20 cm土層地溫累積距平曲線趨勢(shì)較為一致，均在1996年和2008年出現(xiàn)了突變。

關(guān)鍵詞：昌吉市;春播期;淺層地溫;特征

中圖分類號(hào)：S152? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1001-1463（2021）11-0050-06

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.11.011

Analysis on Characteristics of Shallow Ground Temperature During Sowing Time of 50 Years in Changji City

JIAN Yongmei， LI Qi

（Changji Meteorological Bureau， Changji Xinjiang 831100， China）

Abstract：In this paper， monthly shallow ground temperature observation data from the general climate station of Changji City from 1970 to 2019 were used to analyze the variation characteristics， trends and abrupt changes of shallow ground temperature in the sowing time（from April to May） of 50 years in Changji City by using statistical methods such as climatic tendency rate， cumulative anomaly and regression analysis.The results showed that the sowing time temperature in Changji City of 50 years presented a significant increase trend， while the change trend of the ground temperature in each shallow layer 0～20 cm was not significant.In terms of the interdecadal variation， the average temperature and the ground temperature of 0 cm show the characteristics of rising first and falling later， the trend of which is rising from 1970 to 2009， and declining since 2010; The ground temperature at 5 cm， 10 cm， 15 cm and 20 cm all showed the characteristics of first decreasing， then increasing， then decreasing. The ground temperature showed a downward trend from 1970 to 1989， an upward trend from 1990 to 2009 and a downward trend since 2010. As can be seen from the comparison and analysis of the average temperature during sowing time and the average temperature of each layer in each decade， the 10-year average temperature and ground temperature of each layer in 2000 — 2009 both reached the maximum value， indicating that 2000 — 2009 was the decade with the highest temperature and ground temperature in nearly 50 years. According to the cumulative anomaly method， the average temperature in the sowing time of nearly 50 years in Changji City appeared an obvious turning point in 1996. Before that， the cumulative curve basically showed a downward trend， with the temperature mainly negative anomaly. After that， the cumulative curve showed an obvious upward trend， with the temperature mainly positive anomaly; The average ground temperature of 0 cm changed significantly in 1990 and 2008. Before 1990， the cumulative curve showed a significant downward trend， with the ground temperature dominated by negative anomaly. From 1991 to 2008， the cumulative curve showed a significant upward trend， with the ground temperature dominated by positive anomaly. After 2008， the cumulative curve showed a downward trend， and the ground temperature was mainly negative anomaly; The average ground temperature cumulative anomaly curves of 5 cm， 10 cm， 15 cm and 20 cm have the same trend， and all showed abrupt changes in 1996 and 2008.

Key words： Changji City;Sowing time;Shallow ground temperature;Characteristics

地溫是表征土壤熱特性的重要指標(biāo)之一，對(duì)區(qū)域氣候和植物生長(zhǎng)均具有重要影響。陸曉波等[1 ]發(fā)現(xiàn)，全國(guó)年平均地溫的年代際變化大致經(jīng)歷了3個(gè)階段，即地溫下降階段、相對(duì)氣候冷期和90年代后期的升溫階段;強(qiáng)玉柱等[2 ]研究了氣候變化對(duì)天水市淺層地溫的影響，發(fā)現(xiàn)天水市各淺層平均地溫經(jīng)歷了“冷—暖”的演變過(guò)程;張新軍等[3 ]發(fā)現(xiàn)，烏魯木齊近50 年（1962 — 2011年）0～20 cm土層平均地溫總體呈上升趨勢(shì)。土壤溫度與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境緊密相關(guān)。張翠華等[4 ]研究了淺層地溫變化對(duì)石家莊地區(qū)主要農(nóng)作物的影響，阿布都克日木·阿巴司等[5 ]研究了巴楚縣淺層地溫對(duì)春季物候的影響，結(jié)果表明，淺層地溫不僅對(duì)土壤中氮、磷、鉀等物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過(guò)程有影響，決定土壤資源質(zhì)量的高低。同時(shí)地溫還對(duì)作物種子萌發(fā)、生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量有著重要影響[6 - 8 ]。

昌吉市位于天山北麓，亞歐大陸腹地，地處東經(jīng)86° 24′～87° 37′，北緯43° 06′～45°20′，屬中溫帶大陸性干旱氣候區(qū)。有可用耕地8.00 萬(wàn)hm2，可利用草場(chǎng)54.60萬(wàn)hm2，土壤有機(jī)質(zhì)含量高，適應(yīng)種植各種農(nóng)作物。全市每年作物播種面積約4.67萬(wàn)hm2，盛產(chǎn)小麥、玉米、水稻、棉花、糖料、油料、西甜瓜和各類水果。昌吉市歷年春播期一般在4月上旬至5月下旬（4月10日至5月20日）。據(jù)農(nóng)業(yè)部門(mén)分析，棉花應(yīng)在5 cm土層土壤溫度穩(wěn)定在14 ℃以上時(shí)適時(shí)早播，一般以4月20 — 25日為宜;10 cm土層土壤溫度穩(wěn)定通過(guò)15 ℃時(shí)是西瓜、甜瓜播種和茄子、茼蒿的定植時(shí)間;馬鈴薯在10 cm土層土壤溫度達(dá)7 ℃時(shí)即可播種;青貯玉米則需10 cm土層土壤溫度穩(wěn)定在10～12 ℃以上時(shí)播種。為加強(qiáng)春播期農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)工作和為農(nóng)服務(wù)“兩個(gè)體系”建設(shè)，尋找本地區(qū)最適宜的播種期，準(zhǔn)確地指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，需要加強(qiáng)對(duì)昌吉市淺層地溫的變化進(jìn)行研究分析。

1? ?資料與方法

1.1? ?資料選取

采用昌吉市一般氣候站1970 — 2019年逐月淺層地溫觀測(cè)資料，利用氣候傾向率、累積距平、回歸分析等統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)昌吉市近50 年春播期（4 — 5月）0、5、10、15、20 cm土層地溫的變化特征、趨勢(shì)及突變年份進(jìn)行分析。

1.2? ?研究方法

1.2.1? ?線性傾向估計(jì)法? ?淺層地溫的變化趨勢(shì)采用氣候傾向率表征，用一元線性回歸函數(shù)表示，即：

Y=a+bt

式中，Y為平均地溫，a為回歸常數(shù)，t為時(shí)間變量，定義b1=b×10表示為地溫每10年的氣候傾向率。

1.2.2? ?累積距平法? ?距平表示氣候要素值與多年平均值的偏差。是一種常用的，用曲線直觀判斷變化趨勢(shì)及突變時(shí)間的方法[7 ]。

1.2.3? ?回歸分析? ?利用統(tǒng)計(jì)回歸方法建立春播期年平均氣溫與各淺層地溫之間的線性相關(guān)性并進(jìn)行顯著性分析。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?近50 年春播期平均地溫變化趨勢(shì)

從圖1可以看出，近50 年昌吉市春播期0、5、10、15、20 cm土層地溫平均值隨著土層深度加深依次降低，分別為19.13、17.05、16.31、15.84、15.23 ℃。0～20 cm土層地溫的變化趨勢(shì)基本一致，除0 cm土層地溫外，其他不同深度土層地溫的最大值和最小值出現(xiàn)的時(shí)間相同（最大值均出現(xiàn)在1997年，最小值均出現(xiàn)在2010年）。0、5、10、15、20 cm土層地溫1970年以來(lái)的氣候傾向率分別為0.300、-0.095、-0.079、0.006、0.043/10 a。不同土層深度的氣候傾向率不盡相同，0、15、20 cm土層地溫均呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢(shì)，其中0 cm土層地溫的增幅最為顯著，其次是20 cm土層和15 cm土層;5、10 cm土層地溫呈現(xiàn)出緩慢下降趨勢(shì)。雖然春播期氣溫波動(dòng)劇烈，但較前期呈升溫趨勢(shì)，熱量自土壤表層向下傳遞，因此較深層地溫低于較淺層地溫。不同深度地溫受氣候變暖影響程度不同，0 cm土層地溫變化速率最大，15 cm土層地溫變化速率最小。

2.2? ?氣溫和地溫的年代際變化特征分析

從圖2、表1可以看出，昌吉市近50 年春播期平均氣溫總體呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)，不同土層（0～20 cm）地溫的變化趨勢(shì)均不顯著。在年代際變化上，平均氣溫和0 cm土層地溫呈現(xiàn)先升后降的特征，1970 — 2009年為上升趨勢(shì)，2010年以來(lái)呈下降趨勢(shì);5、10、15、20 cm土層地溫均呈先降后升再降的特征，1970 — 1989年間呈下降趨勢(shì)，1990 — 2009年間呈上升趨勢(shì)，2010年以來(lái)呈下降趨勢(shì)。

從春播期平均氣溫和各層地溫的每10年平均對(duì)比分析可以看出，10 a平均氣溫和各層地溫在2000 — 2009年時(shí)均出現(xiàn)了最大值，表明2000 — 2009年是近50 年中氣溫和地溫最高的10年。計(jì)算氣溫和各層地溫的相鄰10年平均值差值可知，除氣溫外，各層地溫在2010 — 2019年10 a平均較前10年變幅最大。具體來(lái)說(shuō)，平均氣溫較2000 — 2009年下降了0.83 ℃，0、5、10、15、20 cm土層平均地溫分別下降了2.17、1.53、1.45、1.82、1.81 ℃。而氣溫及各土層地溫在1980 — 1989平均較前10年變幅最小。表明氣溫和各層地溫變幅階段性特征明顯，不同年代變化幅度不同，近10 年昌吉市淺層地溫出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折性變化。

從表2可以看出，近50年昌吉市春播期平均氣溫總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn)，表明氣溫的上升趨勢(shì)顯著。而0～20 cm各土層地溫的相關(guān)系數(shù)均未能通過(guò)0.05顯著性檢驗(yàn)，表明其變化趨勢(shì)不顯著。雖然近50 年昌吉市春播期平均氣溫為15.48 ℃，除高于20 cm土層平均地溫0.25 ℃外，低于近50 年其他各層地溫0.36～3.65 ℃。但近50 年平均氣溫的氣候傾向率為0.441/10 a，高于0～20 cm土層地溫的氣候傾向率，表明氣溫對(duì)氣候變化的響應(yīng)更為快速，變化更為顯著。

2.3? ?氣溫與地溫的氣候突變和異常特征分析

通過(guò)累積距平法分析相關(guān)數(shù)據(jù)可知，昌吉市近50 年春播期平均氣溫在1996年出現(xiàn)了明顯轉(zhuǎn)折，在這之前累積曲線基本上呈下降趨勢(shì)，氣溫以負(fù)距平為主;之后累積曲線呈明顯上升趨勢(shì)，氣溫以正距平為主。1970 — 1996年平均氣溫距平為-0.74 ℃，而1997 — 2019年平均氣溫距平為0.87 ℃，說(shuō)明平均氣溫從1970 — 1996年至1997 — 2019年上升了1.61 ℃。

昌吉市近50 年春播期0 cm土層平均地溫在1990、2008年出現(xiàn)了明顯轉(zhuǎn)折。1990年之前累積曲線呈明顯下降趨勢(shì)，地溫以負(fù)距平為主;1991 — 2008年累積曲線呈明顯上升趨勢(shì)，地溫以正距平為主。2008年之后累積曲線呈下降趨勢(shì)，地溫以負(fù)距平為主。分析表明，近50 年春播期5、10、15、20 cm土層平均地溫累積距平曲線趨勢(shì)較為一致，均在1996年和2008年出現(xiàn)了突變。1996年以前，5～20 cm土層平均地溫累積距平曲線頻繁波動(dòng)，1997 — 2008年累積曲線呈明顯上升趨勢(shì)，地溫以正距平為主;2009 — 2019年累積曲線呈明顯下降趨勢(shì)，地溫以負(fù)距平為主。

對(duì)比氣溫和地溫可知，氣溫整體波動(dòng)幅度較各層地溫波動(dòng)幅度大。1996年突變之前氣溫下降速率較大，而在突變之后呈現(xiàn)明顯的增暖趨勢(shì)。0 cm土層平均地溫受氣溫變化影響較大，但反應(yīng)速度略為滯后;0～20 cm土層平均地溫均在2008年出現(xiàn)了突變，下降趨勢(shì)明顯。

2.4? ?氣溫和各土層地溫的相關(guān)性分析

由圖3可以看出，氣溫和0 cm土層地溫的相關(guān)系數(shù)達(dá)0.877 4，相關(guān)性顯著。同理，氣溫和其余各層地溫的相關(guān)系數(shù)為0.774 2～0.807 6（表3），表明春播期氣溫與淺層地溫之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，其變化趨勢(shì)具有較好的一致性。

3? ?結(jié)論與討論

近50 年昌吉市4 — 5月春播期氣溫呈明顯升高趨勢(shì)，0～20 cm各土層地溫的變化趨勢(shì)不顯著。在年代際變化上，平均氣溫和0 cm土層地溫呈現(xiàn)出先升后降的特征，1970 — 2009年為上升趨勢(shì)，2010年以來(lái)呈現(xiàn)下降趨勢(shì);而5、10、15、20 cm土層地溫均呈現(xiàn)出先降后升再降的特征，1979 — 1989年呈下降趨勢(shì)，1990 — 2009年間呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，2010年以來(lái)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。從春播期平均氣溫和各層地溫的每10年平均對(duì)比分析可以看出，氣溫和各層地溫在2000 — 2009年10 a的平均值均出現(xiàn)了最大值，表明2000 — 2009年是近50 年中氣溫和地溫最高的10年。氣溫和各層地溫變幅階段性特征明顯，不同年代變化幅度有所不同，近10 年昌吉市淺層地溫出現(xiàn)了轉(zhuǎn)折性變化。通過(guò)累積距平法可知，昌吉市近50 年春播期平均氣溫在1996年出現(xiàn)了明顯轉(zhuǎn)折，在這之前累積曲線基本上呈下降趨勢(shì)，氣溫以負(fù)距平為主，在這之后累積曲線呈明顯上升趨勢(shì)，氣溫以正距平為主。0 cm土層平均地溫在1990、2008年出現(xiàn)了明顯轉(zhuǎn)折，1990年之前累積曲線呈明顯下降趨勢(shì)，地溫以負(fù)距平為主;1991 — 2008年累積曲線呈明顯上升趨勢(shì)，地溫以正距平為主。2008年之后累積曲線呈下降趨勢(shì)，地溫以負(fù)距平為主;5、10、15、20 cm土層平均地溫累積距平曲線趨勢(shì)較為一致，均在1996年和2008年出現(xiàn)了突變。1996年以前，5～20 cm土層平均地溫累積距平曲線頻繁波動(dòng)，1997 — 2008年累積曲線呈明顯上升趨勢(shì)，地溫以正距平為主。2009 — 2019年累積曲線呈明顯下降趨勢(shì)，地溫以負(fù)距平為主。

綜上，昌吉市春播期淺層地溫波動(dòng)幅度較大，不利于農(nóng)作物種子的萌發(fā)和出苗，增加了播種期的不確定性[9 ]，建議選擇地溫趨于穩(wěn)定時(shí)播種。此外，淺層地溫的影響因素較多，除受氣溫影響外，還受到太陽(yáng)輻射、土壤性質(zhì)等多種因素影響[10 ]，需要進(jìn)一步研究，建立預(yù)報(bào)模型，指導(dǎo)昌吉市農(nóng)業(yè)播種時(shí)間。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陸曉波，徐海明，陳丞虎，等.? 中國(guó)近50年地溫變化特征[J].? 南京氣象學(xué)報(bào)，2014，29（5）：706-712.

[2] 強(qiáng)玉柱，蒲金涌，劉? ?揚(yáng)，等.? 天水市近50年淺層地溫變化特征分析[J].? 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29（35）：317-322.

[3] 張新軍，剛? ?波，馬亞偉，等.? 近50年烏魯木齊淺層地溫變化特征分析[J].? 青海氣象，2017，62（4）：2-7.

[4] 張翠華，張文煜.? 淺層地溫變化對(duì)石家莊農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響[J].? 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，41（7）：54-59.

[5] 阿布都克日木·阿巴司，熱汗古力·庫(kù)得熱提，努爾岶提曼·買(mǎi)買(mǎi)提熱依木，等.? 新疆巴楚淺層地溫變化對(duì)春季物候的影響[J].? 沙漠綠洲與氣象，2014，8（6）：53-55.

[6] 譚艷立，羅菊英，向? ?遠(yuǎn).? 近50年恩施市氣溫與淺層地溫變化特征及其相關(guān)性分析[J].? 高原山地氣象研究，2018，38（2）：42-48.

[7] 高? ?山，陳星宜，曾? ?濤.? 中寧縣與沙坡頭區(qū)興仁鎮(zhèn)枸杞生長(zhǎng)氣象條件差異分析[J].? 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2021， 52（4）：52-56.

[8] 張延紅，何春雨，高素芳，等.? 菘藍(lán)種子發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)化研究[J].? 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2021，52（1）：44-47.

[9] 季賀成，孫立德，孫子媛.? 喀左縣近30年春播期淺層地溫變化特征分析[J].? 吉林農(nóng)業(yè)，2019，31（7）：102.

[10] 張煥平，汪青春.? 近40年青海淺層地溫的變化特征[J].? 中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2013，34（2）：146-152.

（本文責(zé)編：楊? ?杰）

收稿日期：2021 - 08 - 24

作者簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)詠梅（1976 — ），女，新疆昌吉人，副高級(jí)工程師，在讀碩士，研究方向?yàn)闅庀蠓?wù)與應(yīng)用氣象。聯(lián)系電話：（0）18999266012。Email：54423391@qq.com。

通信作者：李? ?奇（1963 — ），男，新疆昌吉人，副高級(jí)工程師，研究方向?yàn)闅庀蠓?wù)與應(yīng)用氣象。Email：573339528@qq.com。