塔克拉玛干沙漠腹地浅层地温特征及其影响因子研究

为了更好地了解沙漠腹地浅层地温特征以及对气候的响应关系,利用塔中气象站1996—2015年日平均气温、浅层地温(0～20cm)以及总云量、低云量、日照时数、风速、沙尘日数等资料,分析沙漠腹地地温分布特征以及与气象因子的响应关系。结果表明:浅层地温在春、夏季热量向下传导,秋、冬季则表现为相反趋势,气温和地温(0～20cm)的月平均值分别为11.8、16.4、16.0、16.1、16.1℃和16.3℃;在0～10cm地温之间,变化幅度呈现7月份波动最大,在10～20cm地温之间,12月波动最大,9月份,地温随着深度的增加波动一直是最小的;夏季,地温不是影响气温的主要影响因子,在其他季节,气温与0cm地温相关性最明显;(4)冬季,风速是影响气温和地温的主要气象因子。     

近51年西安地温变化特征

利用1961—2011年西安0~40cm浅层逐月平均地温、地面最高、最低温度和1981—2011年深层80cm、160cm和320cm逐月平均地温观测资料,采用气候倾向率、滑动t检验、功率谱等气候统计方法,研究了西安平均地温的变化趋势、变化周期、气候突变和异常年份等。结果表明:在全球气候变暖背景下,西安各层年、季平均地温除夏季各浅层呈降温趋势外其余均为升温趋势,升幅为0.11~0.56℃/10a,0~20cm各层及160cm平均地温升温率为春季最大,40cm、320cm为冬季最大,80cm为秋季最大,各层均为夏季最小。地面最高年平均温度呈略下降趋势,最低呈明显升高趋势。浅层0~40cm年平均地温存在显著的2.3年、3.6~4.6年的变化周期以及32年的长周期震荡。年平均地温在1993年或1994年发生了突变;浅层春季平均地温在20世纪90年代中后期发生了突变,夏季在20世纪70年代末或20世纪90年代中期发生了两次突变,秋冬季基本未出现突变;深层各季在20世纪90年代中期发生了突变。年平均地温除160cm未出现异常年份外,80cm在1993年出现异常偏低年,其余各层在21世纪00年代初中期出现异常偏高年;春季多偏高年份,夏季多偏低年份,冬季异常年份最多。地温和气温变化的相关性达到0.82以上,说明气温的变化是影响地温变化的主要因素。     

近36年江淮地区浅层地温变化的多尺度分析

选取1981-2016年中国江淮地区28个气象站的0~20 cm地温观测资料,运用经验正交函数分解(EOF)和集合经验模态分解(EEMD)方法,得到江淮地区0~20 cm地温及气温多时间尺度的振荡规律。结果表明:江淮地区全区域有明显的空间一致性,特征向量值在全地区均为负值,时间系数在20世纪90年代中后期由正转负。1981-2016年江淮地区浅层地温和气温均表现为波动上升的趋势,其中0 cm地温的气候倾向率为0.65℃·(10a)-1,增温幅度大于5~20 cm层地温及气温。0 cm、5 cm、10 cm、20 cm四层地温及气温分解后的IMF1和IMF2分量的周期分别为准3年和准7年,且80年代的振幅要小于之后的年份,表明浅层地温及气温在80年代是稳定少变的,进入90年代波动幅度增大。年际变化在江淮地区0~20 cm地温及气温的长期变化中占主导地位。对36年0~20 cm地温的气候平均值进行分解可得,江淮地区各站点浅层地温的延伸期尺度周期基本分布在准12~16天和准26~33天两个周期内。     

德令哈市近38年浅层地温的变化特征分析

利用1981-2018年德令哈市国家基本气象站浅层地温、0cm地温和气温数据资料,分析了浅层地温的年、季、月气候变化特征。结果表明:近38a德令哈市年5～20cm平均地温呈显著上升的气候趋势;春季5～20cm平均地温上升趋势最快,秋季5cm、10cm平均地温上升趋势最慢,冬季15cm、20cm平均地温上升趋势最慢;全月5cm平均地温呈上升的气候趋势,1-11月份10cm、15cm、20cm平均地温呈上升的气候趋势,12月份呈下降的气候趋势。Mann-Kendall检验法分析发现年5cm、10cm平均地温在1993年发生突变,年15cm、20cm平均地温在1994年发生突变。年、季5～20cm平均地温与0cm平均地温和平均气温呈显著的正相关性。年、季5～20cm平均地温异常偏冷年份均出现在20世纪80年代,异常偏热年份多出现在21世纪10年代。     

海南岛0 cm地温变化特征及其相关气象要素

利用海南岛17个气象观测站1980—2018年逐月0cm地温及气象要素资料,通过数理统计方法分析了海南岛年和四季的0cm地温时空变化特征及其与气象要素的关系。结果表明:海南岛年平均0cm地温呈显著上升趋势,秋季升温对年平均0cm地温的升高有主要贡献,春季次之。M-K检验表明年与春秋两季0cm地温在20世纪90年代中后期发生突变。从空间上看,海南岛0cm地温呈中间低、南部高的分布,大部分地区呈升温趋势。从与气象要素的相关性来看,气温对0cm地温具有显著的正向驱动,而日照时数的减少和降水量的增加对0cm地温升高有减缓作用,风速与0cm地温的相关性较为复杂,春季为正相关,而秋季为负相关。     

1961～2005年西双版纳浅层地温对气候变化的响应

利用1961~2005年云南景洪0~20 cm各层逐月平均地温,采用气候倾向率、累积距平、信噪比等气候统计方法,研究了近45年西双版纳浅层平均地温的变化趋势、气候突变和异常年份等。结果表明:各年、季浅层平均地温均呈现极显著的升高趋势,升温率为0.14~0.40℃/10a,春季最小,冬季最大,年和春、冬两季表层升温率最大。各浅层平均地温在1980年秋季均发生了突变,冬季突变出现在1978年,以突变点划分,前为冷期,后为暖期,0 cm、15 cm和20 cm年平均地温,突变前只有20 cm年平均地温增温趋势不显著,突变后则相反,只有20 cm年平均地温呈显著的增温趋势,这表明20世纪80年代以来,20 cm地温对气候变暖的响应更强。年平均地温除10 cm外均在1971年异常偏低,各浅层年平均地温2003年均异常偏高。气温升高是影响地温上升的主要原因。     

东莞市1980—2010年浅层地温的变化特征

根据1980—2010年东莞市国家气象观测站0～20 cm各层逐月平均地温,采用线性趋势法分析了东莞市近30年浅层地温变化特征。结果表明:年平均地温升温率在0.001～0.105℃/年,夏季最大,春季最小;20世纪80年代前期变化较为平稳,80年代后期至90年代中期处于低温期,2000年之后有明显的下降趋势。地面最高温度呈逐年递减,递减率为0.344℃/年,地面最低温度呈逐年递增,递增率为0.036℃/年,地面最高温度的递减趋势远大于最低温度的递增趋势,地面气温差距也明显减小。     

河西走廊东部冬季浅层地温与春季沙尘天气的关系

利用河西走廊东部民勤、凉州、永昌3个气象站1960~2010年冬季0、5、10、15、20 cm地温和1961~2011年春季沙尘暴和扬沙天气的常规观测资料,分析了河西走廊东部冬季浅层地温和春季沙尘天气日数的时空特征,进而探讨了春季沙尘天气与冬季浅层地温的关系。结果表明:受海拔高度、地理位置等影响,河西走廊东部冬季浅层地温有明显地域差异,其中高海拔的永昌最低,低海拔的民勤次之,而海拔介于民勤和永昌之间的凉州最高;春季沙尘天气日数自低海拔地区向高海拔地区逐渐减少,即民勤最多、凉州区次之、永昌最少;河西走廊东部的沙尘天气日数与浅层地温在空间上呈一定的负相关,二者的年变化趋势明显相反,即冬季浅层地温总体呈逐年升高的趋势,而春季沙尘日数呈逐年减少的趋势,且都存在6~7 a和9~10 a的周期;相关分析表明,河西走廊东部春季沙尘日数与冬季浅层地温呈负相关,其中与0 cm地温的相关性最显著。     

西安近63年气候变化特征综合分析

根据西安1951—2013年气温、降水,1971—2013年浅层地温,1981—2013年深层地温资料,采用线性倾向率、Mann-Kendall等方法分析西安气候变化。结果表明:1)西安近63a气温增温明显,降水缓慢波动下降;各层年平均地温呈升温趋势,160cm升温最大,15cm升幅最小。2)年及四季平均气温除夏季在20世纪70—80年代呈下降趋势,其余各年代际均呈上升趋势,21世纪后升温最为迅速;各年代际降水呈显著波动趋势。3)西安气候变暖主要表现在春、冬季;四季降水均有所减少,夏、秋两季降水量占年降水量的70%以上,主导年降水量的变化。4)西安年平均气温、地温20世纪90年代发生升温突变,与城市化快速发展时期相吻合。     

近50年恩施市气温与浅层地温变化特征及其相关性分析

本文利用恩施市1966～2016年近50年的年平均气温、0～20cm平均地温资料,采用线性倾向估计、统计回归、Mann-Kendall等方法对恩施市年均气温和各层地温的年代际变化、季节变化、突变情况、地气温差变化等进行了研究分析。结果表明:恩施市近50年平均气温和各层地温总体呈显著性上升趋势;年均气温和地温的年代际平均阶段性特征明显,1966～1996年,气温和地温呈下降趋势,从1997年开始,气温和地温呈明显增暖趋势,2006～2016年年均气温和地温是近50年中最暖的10年。恩施市1966年到1980年代初期,气温和地温多波动,从1980年代初到2000年代初,平均气温和各层地温均呈现出明显变冷的趋势,地温变冷趋势更加明显;年均气温在1998年突变为增暖趋势,且近10年增暖趋势十分显著,而各层地温突变为增暖趋势是在2001年,较年均气温晚三年。各层地温与气温的季节变化趋势具有较好的一致性,气温和各层地温从1966～2016年升温幅度在春季最明显,夏季最不明显;春季平均气温较各层地温的升温速率均偏小,夏季平均气温和各层地温有增温趋势,但增温趋势不显著,秋季和冬季,土壤深度越深,气候倾向率越小,增温趋势越不显著。近50年恩施市地气温差为正,除0cm地气温差呈增大趋势外,5～20cm地气温差均呈减小趋势,且随着土壤深度的增加,地气温差减小的幅度越大。      

近45年拉萨浅层地温对气候变化的响应

利用1961-2005年拉萨0～40cm各层逐月平均地温,采用气候倾向率、累积距平、信噪比等气候统计方法,研究了近45年拉萨浅层平均地温的变化趋势、气候突变和异常年份等。结果表明:浅层各季节平均地温均呈现极显著的升高趋势,升温率为0.43～0.60℃/10a,春季最大,夏季最小。各层年平均地温以0.45～0.66℃/10a的升温率显著上升,40cm深度的升温率最大,与同时期平均气温的升温率比较,地温比气温对气候变暖的响应更强。20世纪60年代至90年代浅层年、季平均地温呈明显的逐年代升高趋势,以冬、春季最为明显。20世纪60年代到80年代中期为偏冷阶段,80年代后期至90年代地温为偏暖阶段。各浅层平均地温在1986年秋季均发生了突变,冬季突变时间都出现在1984年。年平均地温除在40cm处1999年异常偏高外,其它各层为异常偏低年份,且发生在20世纪60年代。气温升高是影响地温上升的主要原因。     

天山巴音布鲁克草原植被变化及其与气候因子的关系

利用1982-2000年逐月NOAA/AVHRR NDVI的时间序列数据,分析了天山巴音布鲁克草原植被覆盖的动态变化及其与降水、气温、浅层地温等气候因子的关系。结果表明：近20 a来巴音布鲁克草原植被覆盖面积总体上呈现增加趋势,生态环境有所改善。同时,生长季（4-9月）NDVI与降水、气温和浅层地温的相关分析表明, 气温和浅层地温是影响巴音布鲁克草原植被生长的两个重要因子。     

班玛县近30年浅层地温变化特征分析

采用班玛县国家基本气象站1988—2017年逐月浅层地温观测资料,利用气候倾向率、累积距平、滑动平均法等统计方法,对班玛县近30a来浅层地温的变化特征进行分析。结果表明:班玛县各层地温均呈现出显著增温的趋势,其增温幅度在0.323～0.695℃/10a。其中0cm地温平均地温增加趋势最为明显,5cm平均地温升幅最小,浅层地温升温趋势随着深度的增加而增加;班玛县1988—2017年春、夏、秋、冬四季不同浅层地温的气候倾向率不尽相同,而且均呈现出逐年增加的趋势。冬季0cm地温的增温幅度最为显著,其余三季20cm地温的增温幅度最为显著;在月分布特征上,5—8月浅层地温逐渐升高,升温的趋势是随着深度的增加而递增,说明浅层地温对气候变暖的影响是随着深度的增加而增强的,9—10月地温逐渐下降,降温的趋势随着深度的增加而递减。     

青藏高原植物返青期变化及其对气候变化的响应

基于连续的植被指数（NDVI）、气温和降水数据,提取了1982—2009年青藏高原典型台站邻近区域的植物返青期以及0℃和5℃旬均温始期的时序数据,分析了其时空变化特征,探讨了青藏高原冬、春季的气温、降水变化对植物返青期的影响。结果表明：1) 青藏高原典型台站邻近区域植物返青期多年平均值在东西向和南北向上存在显著差异;1982—2009年间,青藏高原典型台站邻近区域植物返青期整体呈提前趋势。2) 青藏高原典型台站0℃和5℃旬均温始期整体呈提前趋势,5℃旬均温始期提前趋势更为显著。3) 青藏高原植物返青期随着冬、春季气温升高和降水增加而提前。与降水相比,返青期与气温的相关程度更高。冬季气温比春季气温对植物返青期的影响更大。     

珠峰地区浅层地温的变化特征—以定日县为例

基于西藏定日气象站1980~2019年逐月平均气温、0~20cm浅层地温资料，应用气候统计方法，分析了近40a定日浅层地温的变化特征。结果表明:40年来，定日各层（除5cm外）年平均地温均呈升温趋势，升温幅度为0.03~0.187℃/10a，0cm升温率最大，15cm升温率最小，5cm地温呈不明显的下降趋势，春、冬季各层地温升温最显著，除了0cm层外各层地温夏、秋季呈降温趋势；各层（除5cm外）年平均地温从2000s后均陆续发生突变现象，各层地温突变时间点不一致，但均是从相对偏冷期跃变为相对偏暖期，0cm和20cm在2000s前后明显发生了由冷变暖的转折；定日年平均气温升温率比各层地温都大，通过了0.01水平的显著性检验，其距平变化趋势和时段与各层地温相似，年平均气温与20cm层地温的相关性最显著；5cm地温与其他层次变化规律存在明显的差异。      

河北石家庄浅层地温变化特征

利用石家庄地区5个观测站1981～2010年逐日浅层地温观测数据,分析讨论了该地区浅层地温的变化特征及其变化周期。结果表明:从波动变化情况看,年和各季节平均浅层地温波动变率随土层深度加深依次减小,春季波动变率最大,冬季最小;年和各季节平均浅层地温波动幅度随土层深度加深依次减小,减小程度随土层深度加深依次减弱,夏季波动幅度最大,冬季最小;从垂直变化情况看,年平均浅层地温随土层深度加深依次升高,春、夏季随土层深度加深依次降低,秋、冬季随土层深度加深依次升高;从变化趋势情况看,年平均浅层地温均呈现增温趋势,其中,冬季增温最为明显,增温幅度随土层深度加深依次减小,减小程度随土层深度加深依次减弱;平均浅层地温存在9～10 a的低频振荡周期和4～6 a的高频振荡周期,其中,平均5 cm地温低频振荡周期振幅最大,平均10 cm地温高频振荡周期振幅最小。     

锡林郭勒草原生长季地—气温度变化特征及相关性

利用锡林郭勒草原8个气象站1960—2014年5—9月气温和0~40 cm地温逐旬观测资料,采用线性倾向估计、5 a滑动平均、线性回归等统计方法,分析锡林郭勒草原生长季地—气温度的变化特征及相关关系。结果表明:近55 a来,锡林郭勒草原生长季地—气温度都呈显著上升趋势,"前冷后暖"特点十分明显,且0~20 cm地温的增幅远高于气温,40 cm地温增幅则低于气温。生长季地—气温度月变化呈"低—高—低"抛物线形状,最高值出现在7月。5—8月地温随土层深度增加而下降,而9月地温随深度变化不明显。各层地温与气温呈显著正相关,且随深度增加相关性逐渐减小;地—气温度线性关系模型在各层拟合效果较好,用于预测和估算各层地温,基本可以满足该地区牧业生产实践的需要。     

和林格尔县地温变化与气温的关系

利用和林县气象局1960—2008年气温、40、80cm地温月平均数据,降水、日照、积雪月总量数据,对地温与气温的变化关系及其影响因子进行了分析。结果表明,40cm地温与气温有相同的变化趋势,其突变点与气温变化的突变点相同,均为1987年。40cm地温在夏季略受降水的影响,而冬季受积雪的影响较明显。其终年与日照时数相关较弱,说明地-气辐射过程平衡的速度较快,会很快消除掉其他气象因子带来的地温与气温之间差异的阶变。40cm与80cm地温变化的一致度很高,表明80cm很少得到来自地壳内部热量,80cm地温变化的两个异常点分别位于1988年和1990年,处于1987年附近但落后于1987年,说明气候突变会影响到80cm地温变化,但影响滞后。     

城市化对福建省气温和地温变化影响的比较研究

在快速城镇化背景下,我国城市热环境急剧恶化,研究城市化对温度变化的影响有助于深入认识我国气候变化特征。然而,以往相关研究多聚焦于气温或地温中的一项指标,尚不完全清楚城市化对二者影响的差异。本文利用福建省20个气象站逐日地表气温（简称气温）和0 m地温（简称地温）资料,采用趋势分析和UMR（Urban Minus Rural）等方法,旨在探讨1987—2017年福建省气温、地温变化中的城市化影响。结果表明：（1）福建省气温和地温变化具有很大时空异质性;就区域平均而言,年和各季节平均温度均呈增加趋势,但地温上升幅度普遍高于气温。（2）城市化对城市站日平均、最高和最低温度变化的影响存在很大差异;其中,对年平均地温变化的影响（0.18 ℃·(10 a)-1,P < 0.01）明显高于对气温的影响（0.08 ℃·(10 a)-1,P < 0.05）,对各季节平均地温变化的影响也高于气温。（3）在基于所有台站计算的福建省年平均地温序列中检测出显著的城市化影响（0.06 ℃·(10 a)-1,P < 0.05）,且这种城市化影响偏差在春季和夏季地温序列中更加明显。综上,基于台站观测数据的福建省气温和地温变化速率差异与城市化对二者的增温效应差异密切相关;建议在未来相关研究中对此予以考虑和剔除,从而促进对区域气候和生态环境变化的认识。     

新疆阿勒泰地区近50年暖季浅层地温变化特征分析

利用阿勒泰地区1961-2010年7个观测站暖季（5-9月）5-20cm土层的逐月平均地温资料,采用气候统计诊断分析方法,对近50a阿勒泰暖季浅层平均地温、各月平均地温的气候变化趋势及突变特点进行研究。结果表明,近50a阿勒泰地区暖季浅层地温呈上升趋势,富蕴升温幅度最大,为0.88℃／10a(P<0.01)。暖季浅层各月平均地温均呈上升趋势,升幅最大值为1.02-1.07℃／10a(P<0.01),均以富蕴或青河升温幅度最大, 7月增幅最大,9月增幅最小,各层自1981年以来增温尤为明显。1961-2010年暖季大部站点平均浅层地温在1972年发生了突变,而各月平均浅层地温大部分在20世纪60年代中期到70年代中期发生了突变。暖季5cm、10cm、15cm、20cm 4个土层温度与同期气温和地表温度均呈显著的正相关关系,二者的显著升高正是导致浅层地温呈明显升高趋势的原因。