贵港土壤水分观测数据的应用与分析

许艺馨，刘怡明，梁聪

（贵港市气象局，广西贵港　537100）

贵港土壤水分观测数据的应用与分析

许艺馨，刘怡明，梁聪

（贵港市气象局，广西贵港537100）

通过对贵港市三个土壤水分自动站（贵港、桂平、平南）2014年的1月1日-12月31日的10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、80cm、100cm、共8个层次的土壤体积含水量的分析，找出贵港土壤水分的时间变化特征。

土壤水分；天气类型；季节

1　资料和方法

1.1研究资料

本研究所用的贵港土壤水分观测数据为贵港、桂平、平南三个观测站10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、80cm、100cm共8个层次的土壤体积含水量，时间为2014年1月1日--2014年12月31日。观测仪器为华云公司生产的DZN3自动土壤水分观测仪，采用频域反射法，数据采样频率为1次/ min。仪器自动测量结果为土壤体积含水量，根据土壤水文、物理常数和相关公式可计算出土壤重量含水率（%）、土壤相对湿度（%）、土壤水分总贮存量（mm）和土壤有效水分贮存量（mm）。本文的土壤水分含水量定义为土壤体积含水量，其范围为0%-50%。

1.2研究方法

本文利用MicrosoftExcel软件的VBA编程工具对贵港各站土壤水分数据进行处理和计算，并利用MicrosoftExcel软件进行图表显示。参考天气学标准，以日照时数和降水量作为划分依据（表1），将贵港地区的天气划分为晴天、阴天、多云和雨天四种天气类型，同时定义3-5月为春季，6-8月为夏季，9-11月为秋季，12月-次年2月为冬季。首先，分析了贵港土壤水分的逐月变化特征，特别是在不同天气类型土壤水分的逐月变化的异同点，然后分析了不同天气类型土壤水分的季节变化特征，以及不同季节各天气类型的土壤水分变化特点。

采用距平百分率作为统计量对土壤体积含水量进行处理，并分析其逐月变化特征。样本距平百分率表示为

式中，M为距平百分率，xi为某要素序列的一个样本，x为该要素序列样本的平均值。

2　结果与分析

2.1土壤水分逐月变化特征

表1　天气类型划分标准

图1　贵港各层土壤水分逐月变化特征

贵港各层土壤含水量的逐月变化见图1。由图1a可知，20cm土壤含水量最高，在34.1%～49.1%间波动，10cm土壤含水量最低，30cm土壤含水量次高。从全年趋势看，各层土壤含水量均呈不同程度的降低-升高-降低的趋势。

由图1b可以看出土壤含水量距平百分率变化情况，30cm土壤含水量距平百分率逐月波动最大，7月的最高值和2月的最低值相差17个百分点，随着深度的增加各层逐月波动趋势逐渐变缓，80cm土壤含水量逐月波动最小，各层土壤含水量逐月波动的趋势基本一致：1-2月、7-12月为土壤含水量下降期，2-6月为土壤含水量上升期。

2.2不同天气类型土壤水分的逐月变化

根据表1天气类型划分标准，贵港2、3月份没有晴天，7、8月份没有阴天。

不同天气类型土壤水分的逐月变化如图2。

10cm四种天气类型下土壤体积含水量逐月波动趋势基本一致，总体均呈先增高后降低趋势，6月为年内土壤含水量的转折点。晴天、多云、阴天和雨日的土壤含水量最高值均出现在6月，最低值均出现在1月。阴天在6月出现了全年最高值30.6%。

20cm各天气类型土壤水分也呈先增高后降低趋势，但比起10cm趋势明显波动幅度偏大，土壤含水量值增大，较为明显的转折点出现在6月。

30cm各天气类型1-6月份、9-12月份土壤水分变化与20cm相似，但土壤含水量比20cm略低；在晴天和雨日中，6、7、8月份（夏季）的土壤含水量是增加的，与10cm、20cm中夏季的土壤含水量减少的趋势相反。土壤水分含量的距平百分率在各层次中振幅最大，晴天土壤含水量距平百分率最大值和最小值分别为4.2%和-2.2%，分别出现在11月和12月；多云天气距平百分率最大值为2.4%，出现在3月，最小值-4.5%，出现在7月；阴天和雨天的距平百分率振幅不如晴天和多云明显。

40cm各天气类型下土壤含水量总体趋势与其他层次一致，但波动振幅比起10cm-30cm明显减小，距平百分率绝对值不超过2%，1-6月和8-10月各天气类型逐月波动趋势一致。

50cm-100cm各天气类型土壤含水量趋于更平稳的趋势，波动很小，其中80cm的距平百分率绝对值最小，仅0.4%。从土壤含水量距平百分率年较差来看，50cm-100cm各天气类型的排序基本一致，从大到小依次为晴天、多云、阴天、雨日。

2.3不同天气类型土壤水分的季节变化

在晴天里（图3a），春季土壤含水量相对较高，10cm和20cm层均出现各季节最高值；夏季土壤含水量在30cm-100cm层为各季节最高值；秋季各层土壤含水量相对较低。冬季土壤含水量在各层为最低值。晴天的春季和秋季的土壤含水量居各天气类型中对应季节和层次最高值。

多云的天气中（图3b），春季层均土壤含水量为38.2%，为各季节最高；夏季土壤含水量在10cm、20cm、100cm层为次高值，在30cm-60cm层为最高值；秋季各层土壤含水量相对较低；冬季土壤含水量在所有层为各季节最低值。

图2　贵港不同天气类型下各层土壤水分逐月变化特征

阴天时（图3c），春季8个层次土壤含水量均为各季节最高，层均土壤含水量可达37.9%；夏季略低于春季，秋季各层土壤含水量次低，冬季各层土壤含水量最低。层次越深，土壤含水量差别越小。

雨天中夏季的土壤含水量均高于其他季节的土壤含水量，同时，雨天的夏季各层次土壤含水量也均高于其他天气类型下对应季节和层次的土壤含水量（图3d）；春季土壤含水量在20cm-100cm层为各天气类型下对应层次的最低值。

从总体来看，各种天气类型下同一季节各层土壤含水量的关系大致为20cm含水量最高，10cm含水量最低，30cm含水量为次高；多云和阴天天气各季节土壤含水量的分布比较相似；阴天在不同季节土壤含水量差异最小，雨日的各季节土壤含水量差异最为明显。

2.4不同季节各天气类型的土壤水分变化

春季中（图略）晴天各层次土壤含水量均为最高，层均土壤含水量达38.6%；多云天气土壤含水量各层次为次高值；阴天土壤含水量除在10cm层为最低值外；雨日的20cm-100cm为各天气类型土壤含水量的最低值。

图3　贵港不同天气类型下各层土壤水分季节变化特征

夏季（图略）雨日的土壤含水量均为各层次最高值，层均含水量达39.4%；晴天土壤含水量均为各层次的次高值；晴天和多云天气各层含水量比较接近，阴天的土壤含水量最低。

秋季（图略）晴天土壤含水量明显高于其他天气类型；多云的10cm土壤含水量在四种天气类型中为最低值；阴天除10cm土壤含水量为次低值，其余层次土壤含水量在为最低值；雨日各层土壤含水量为次高值。

冬季各天气类型下土壤含水量的差别很小（图略），多云和阴天的土壤含水量几乎相近。除雨天中10cm土壤含水量为各天气类型中的最高值之外，多云和阴天的土壤含水量为4种天气类型中的最高值。

总体而言，在春季和秋季中晴天的各层次土壤含水量均为最高，夏季中雨日的土壤含水量为最高，冬季中各种天气类型土壤含水量比较接近。

3　结论与讨论

（1）贵港土壤水分逐月变化中20cm土壤含水量最高，10cm含水量最低，30cm土壤含水量距平百分率逐月波动最大，7月的最高值和2月的最低值相差17个百分点；随着深度的增加各层逐月波动趋势逐渐变缓，80cm土壤含水量逐月波动最小。从全年趋势看，各层土壤水分逐月波动趋势基本一致，均呈不同程度的降低-升高-降低的趋势。

（2）不同层次中，10cm-40cm土壤含水量波动较大，土壤含水量距平百分率年较差，从大到小依次为晴天、多云、雨天和阴天，50cm-100cm波动趋势趋于平缓，其中80cm的距平百分率绝对值最小。

（3）不同天气类型中，多云和阴天在各季节土壤含水量的分布比较相似；阴天在不同季节土壤含水量差异最小，雨日的差异最为明显。

（4）不同季节中，春秋的晴天各层次土壤含水量均为最高；夏季中雨日的土壤含水量最高，冬季中各种天气类型土壤含水量比较接近。

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Application and Analysis of soil moisture observation data in Guigang

Xu Yi-xin，Liu yi-ming，Liang cong
（Guigang Municipal Meteorological Service，Guigang Guangxi 537100）

Based on ananlysis of volumetric soil water content data in eight levels（10cm，20cm，30cm，40cm，50cm，60cm，80cm，100cm）of three automatic stations（Guigang，Guiping，Pingnan in Guigang）from 2014 January 1-December 31，temporal variation of the soil moisture was found out.

soil moisture；weather type；season

P41

A

1673-8411（2016）02-0071-04

2015-12-08

许艺馨（1989-），女，广西贵港人，助工，现从事农业气象工作。