衡水市近50年气温与地温变化分析

康文英，徐建芬



衡水市近50年气温与地温变化分析

康文英，徐建芬

(衡水市气象局，河北 衡水 053000)

使用衡水市7个气象观测站1959－2010年的气温与地温资料，分析了衡水市气温与地温的变化特点．分析发现，1959－2010年的近52a，衡水市平均气温显著升高，极端气温中，最低气温显著升高，最高气温升高的趋势还不十分显著．1965－2010年的近46a，0cm和20cm的地温也在显著增暖，而10cm地温虽然也有增暖的倾向，但趋势还不十分显著；土壤较深层40cm, 80cm的地温的变化并不显著；地温变化主要为土壤较浅层变暖．气温与0 ~ 40cm土壤较浅层地温的变化具有较好的一致性，与80cm土壤较深层的温度变化一致性较差．

衡水市；气温；地温；变化趋势；显著性检验

0 引言

据政府间气候变化专门委员会(IPCC)2007年的报告，气候系统的变暖是毋庸置疑的，许多自然系统正在受到气候变化，特别是温度升高的影响．对气温变化，我国已经开展了许多研究工作，但对地温变化的研究还较少．河北平原是我国重要的粮油产区，衡水市位于河北平原中部，同时，其城镇化水平偏低，气象探测环境相对较好，研究其气温、地温的变化对河北平原粮油产区的农业生产及农业气候规划具有重要意义．

1 资料和方法

衡水市共有11个气象站，建站最早的是饶阳、深州、衡水和冀州等4个站，自1957年有较完整的气象资料；其次是故城、枣强和阜城等3个站，到1967年有较完整的气象资料；其余4个站在1970－1972年后才有完整资料．各站的气温资料时间长度与建站时间一致，地温资料开始的时间则长短不一．兼顾时间更长、地理位置更有代表性的原则，气温和0 ~ 20 cm地温，选取建站时间较早的饶阳、深州、衡水、冀州、故城、枣强、阜城等7个站为代表站，用7个代表站资料的平均值为衡水市平均值．用一元回归方法进行差补订正，将故城、枣强和阜城3个站的气温资料用临近站补充到1959年，将阜城站的地温资料补充到1965年，分别统计分析7个代表站1959－2010年的平均气温、最高气温和最低气温的资料以及1965－2010年0 ~ 20 cm地温资料．由于只有衡水站有较完整的1966－2010年40 ~ 80 cm地温资料，因此，40 ~ 80 cm地温只统计分析衡水站1966－2010年资料．

建立衡水市气温和地温序列与对应年份的一元线性回归方程，借助EXCEL工具，计算出气温、地温对时间的线性相关系数、变化率，绘制气温和地温的年际变化和线性趋势图，以= 0.05的显著性水平为检验变化是否显著的标准，分析气温、地温各要素的多年变化趋势和变化幅度．

2 结果分析

2.1 气温的变化

2.1.1 年平均气温变化

1959－2010年，衡水市气温平均值为13.0 ℃，变化范围在11.7 ~ 14.2 ℃之间．1959－2010年的近52 a，衡水市平均气温呈波动上升的趋势(图1)，与时间的相关系数达到0.548 8，超过= 0.001的显著性水平，表明上升趋势非常显著，上升幅度为0.22 ℃/10a．

从平均气温的年代际变化看，20世纪60年代，气温波动剧烈，其中1959－1961年上升至历史第三高值13.9 ℃，1962－1964年、1965－1969年则2次降至11.7 ℃的历史最低值．1969年后，年平均气温以波动上升为主，1998年出现了14.2 ℃的历史最高值．

图1 1959－2010年衡水市平均气温变化

2.1.2 年最高、最低气温变化

1959－2010年，衡水市年最高气温平均值为19.2 ℃，变化范围在16.9 ~ 20.2 ℃之间，最高气温对时间的相关系数为0.203 5，未通过= 0.05显著性水平的检验，表明年最高气温的上升趋势还不十分显著．年平均最低气温的平均值为7.8 ℃，变化范围为5.9 ~ 9.4 ℃；其对时间的相关系数为0.792 3，超过= 0.001的显著性水平，表明上升的趋势非常显著，平均上升幅度为0.44 ℃/10a．

图2 1959－2010年衡水市最高气温与最低气温变化

从年代际变化看，年最高气温在20世纪60年代波动较大，1964年出现16.9 ℃的历史最低值；1965－1985年以较平稳波动为主；1985年后，进入波动上升阶段(该时段最高气温的时间相关系数达到0.523，超过0.02的显著性水平)．对年最低气温，20世纪60年代为以下降为主，1969年降至最低值，之后转为波动上升，1998年出现历史最高值．

2.2 地温的变化

2.2.1 0 ~ 20 cm地温

分析1965－2010年0 cm地表温度和10 cm, 20 cm浅层地温的变化(图3)．结果表明，近46 a, 0 cm, 10 cm, 20 cm地温年平均值分别为15.0 ℃, 14.6 ℃, 14.3 ℃，温度范围分别在13.7 ~ 16.1 ℃, 13.6 ~ 15.6 ℃, 13.4 ~ 15.4 ℃之间．0 cm, 10 cm, 20 cm地温与时间相关系数分别为0.357 7, 0.121 9, 0.322 3，均为上升的倾向．进行变化的显著性检验，0 cm和20 cm地温通过了= 0.05显著性水平检验，10 cm则未能通过= 0.05的显著性水平检验．说明地表和20 cm地温有显著上升趋势，10 cm地温的上升趋势则不十分显著．0 cm和20 cm地温的平均上升速率则分别为0.16 ℃/10a, 0.11 ℃/10a．

从年代际变化看，0 cm地表温度和平均气温类似，在1965－1969年以下降为主，之后呈波动上升的趋势．20 cm与0 cm的地温变化在1985年之前基本同步变化，1985－2003年后亦呈波动上升的趋势，但二者的差值有所加大，2003年后其上升的态势有所减弱．10 cm地温在1985年之前以小幅波动为主，之后波动上升，近10 a有降低的倾向．

图3 1965－2010年衡水市0 cm, 10 cm, 20 cm地温变化

2.2.2 40 ~ 80 cm地温

衡水市的40 ~ 80 cm地温资料中，只有衡水市区站有较完整的观测资料，资料开始于1966年，因此以衡水市区站为代表，分析衡水市1966－2010年40 ~ 80 cm地温的变化．

结果显示，1966－2010年的近45 a，衡水市40 cm, 80 cm地温的平均值分别为14.3 ℃, 14.4 ℃，变化范围分别为13.2 ~ 15.5 ℃, 13.4 ~ 15.4 ℃．二者对时间相关系数分别为－0.088 9, －0.101 5，进行变化的显著性水平检验，其远远低于= 0.05的显著性水平，说明近45 a，衡水市40 cm, 80 cm地温的变化不显著．

图4 1966－2010年衡水市年40 cm, 80 cm土壤深层温度变化

分析40 cm, 80 cm地温的年代际变化特征，1966－2010年，40 cm地温在13.2 ~ 15.5 ℃之间以较大幅度波动，最大值和最小值出现在1996－1999年的近15 a中．1966－1989年，80 cm与40 cm地温在数值和变化上基本一致，1990年后，二者的数值与变化均失去了一致性，其中1997－2008年，这种不一致尤其明显．

2.3 气温与地温变化的相关性分析

计算1966－2010年气温及0 ~ 80 cm地温之间的相关系数(表2)，并进行相关显著性检验．结果显示，气温、0 cm地温和20 cm地温三者间的相关系数值均大于0.820 0，远远超过了= 0.001的显著性水平，说明近52 a，气温与土壤较浅层的0 cm、20 cm温度的变化具有很强的一致性．40 cm地温与气温及0 ~ 20 cm地温的相关系数在0.461 9 ~ 0.715 8之间，亦超过了= 0.05的显著性水平检验，说明40 cm地温与其上层地温及气温的变化也有较明显的一致性．80 cm地温与气温的相关系数为0.272 8，低于= 0.05的显著性水平，说明80 cm的较深层地温与气温的变化没有显著的相关性．80 cm地温与其上各层地温的相关系数在0.336 1 ~ 0.726 1之间，均通过了= 0.05显著性水平的检验，且与80 cm层垂直距离越小相关系数越大，说明80 cm地温与其上各层地温的变化有较好的一致性，这种一致性随垂直距离接近而加强．

表2 1966－2010年衡水市气温、地温之间的相关系数

注：= 0.304 4.

3 小结

1) 1959－2010年的近52 a，衡水市平均气温和最低气温有明显升高的趋势，这种趋势主要始于1969年之后；同期，最高气温总体升高的趋势还不十分显著，但自1986年，最高气温也进入波动上升阶段；最低气温的升高对平均气温的升高有更大的贡献．近52 a，衡水市平均气温的上升速率为0.22 ℃/10a，最低气温为 0.44 ℃/10a．

2) 1965－2010年，0 cm, 20 cm的地温也显著升高，这种上升时段也主要开始于1969年之后；10 cm地温的上升趋势还不十分显著．0 cm, 20 cm的平均上升速率分别为0.18 ℃/10a, 0.14 ℃/10a．

3) 1966－2010年，土壤较深层40 cm, 80 cm温度的线性变化趋势不显著，气温的显著上升主要影响到了土壤较浅层的0 ~ 20 cm．

4) 1966－2010年，气温和0 ~ 40 cm地温各要素之间的变化有较好的相关性；80 cm地温与气温变化的相关性则不显著，但80 cm地温与其上各层地温的变化亦有较好的相关性，这种地温变化的相关性随土壤层垂直距离的接近而加强．

[1] 陈隆勋,周秀骥,李维亮,等.中国近80年来气候变化特征及其形成机制[J].气象学报,2004,62(5):634-645.

[2] 任国玉,郭军,徐铭志,等.近50年中国地面气候变化基本特征[J].气象学报,2005,63(6):942-955.

[3] 徐宗学,隋彩虹.黄河流域平均气温变化趋势分析[J].气象,2005,31(11):7-10.

[4] 向辽元,陈星.近55年中国大陆气温突变的区域特征和季节特征[J].气象,2006,32(6):44-47.

[5] 高霞,陈海涛,张艳梅.冀中平原近50 a气候变化特征[J].贵州气象,2007,31(4):5-8.

[6] 刘学锋,李元华,秦莉.河北省近50年最高气温及高温日数变化特征[J].气象科技,2007,35(1):31-35.

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

(责任编校：李建明 英文校对：李玉玲)

P46

A

1673-2065(2013)04-0104-04

2013-03-26

康文英(1974-),女,河北冀州人,衡水市气象局工程师; 徐建芬(1965-),女,河北阜城人,衡水市气象局高级工程师.