霜冻天气条件下浅层土壤温度变化特征分析

韩湘云 钱晰

摘要 选择江苏海安市为研究对象，研究春、冬季浅层土壤温度的变化规律及在发生霜冻情况下土壤温度的动态变化特征。结果表明，从季节变化来看，近地层土壤温度变化趋势与气温一致，变化幅度没有气温剧烈，土层越深，土壤温度变化趋势越来越平缓;各层土温日内变化均呈现正弦曲线状态，其中地表温度的变幅较大，且出现极值的时间比20 cm土层出现极值的时间早4 h左右;春季地气间热量交换比冬季大，极易发生晚霜冻。

关键词 土壤温度;春季;冬季;霜冻;变化特征

土壤温度是地表的一项重要物理量，与土壤湿度、地表水分及能量的再分配、地表植被的生长状况等密切相关，同时也是作物种子萌发、幼苗及根系正常生长发育必不可少的重要条件。土壤温度还对春季与冬季冻害起到决定性作用，在日常的农业气象服务工作中如果仅仅以气温作为冻害预报服务指标而忽略土壤温度必然会对服务质量产生严重影响，主要是由于春季与冬季农作物正处于萌发及幼苗状态，土壤温度对农作物的影响要明显高于气温，而且土壤具有保温功能，既会减缓降温速度，还会影响到服务时效问题。基于此，笔者利用海安市2014年11月至2017年4月的土壤温度观测资料，对春季与冬季土壤温度变化特征及霜冻前后土壤温度变化特征进行分析，以期为当地农业气象预警服务提供一定的参考。

1资料与方法

1.1研究区概况

江苏海安市东部临近黄海，南部濒临长江，西北靠近姜堰，北部与东台相互接壤，地理坐标120°12′～120°53′ E，32°32′～32°43′ N，位于典型的北亚热带季风气候区。以海安市为研究对象，重点探析该地区土壤温度变化特征。

1.2数据来源与研究方法

選用2014年11月至2017年4月海安市气象观测站的分钟气象观测资料，其中包含气温、降水量及土壤温度（0、5、10、15、20 cm）等资料。使用Excel、Matlab软件对数据进行分析与处理，并

对每天、每小时数据进行平均处理。

2结果与分析

2.1土壤温度时空变化特征

2.1.1月变化特征由图1可见，近地层土壤温度变化与气温变化趋势基本保持一致，但是相对比而言，气温变化趋势较为剧烈，而近地层土壤温度变化较为平缓。土壤温度随着土层深度越深其变化趋势越平缓。其中1月日平均土壤温度最低，2月底之前随着土层深度的不断增加，土壤温度也呈增加趋势;自3月之后气温开始回升，而土壤温度随着土层深度的增加而呈逐渐降低的变化趋势。

2.1.2日变化特征2014年11月至2017年4月土壤温度表现出较为明显的日变化特征，其中地表温度的变化幅度比较大，06：00地表温度最低，为5.0℃，13：00地表温度最高，为19.9℃。对比各土层土壤温度的变化特征能够发现，20 cm土壤温度的变化幅度较小，其中10：00土壤温度最低，为9.4℃，17：00土壤温度最高，为11.6℃。而且该土层极值出现的时间要晚于0 cm土层温度4 h，由此得出，早晨20 cm的土层温度要比上层的土壤温度高，且土壤热量逐渐由深层传送至浅层，另外由于热量流失而导致自身的温度显著下降，但是浅层土壤受到太阳辐射的影响导致其温度有所增加，进而导致浅层土壤温度要比深层高，同时热量反方向传输，导致20 cm土层的温度也呈升温趋势。

2.2霜冻天气发生前后土壤温度的变化特征

为分析春、冬季霜冻条件下土壤温度的变化特征，选取2015年4月8—9日和2016年2月1—2日数据为例进行分析。从图2a可以看出，不同土深的土壤温度随着气温变化变幅明显，夜间随着土层加深温度越高，地表土壤温度低于气温，白天土层越浅温度越高。从图2b可以看出，10和20 cm土深的温度变化平缓，夜间随着土层加深温度也越高，但是地表温度是高于气温的，不同于春季。

一天内不同深度的土壤温度温差较大。选取的2个霜冻天气00：00、06：00的温度廓线相似，温度随着深度增加而上升;而白天随着太阳辐射的增加，则呈现不同的状态，冬季12：00地表温度升温明显，5、10、15和20 cm仍维持随着深度增加而温度越高的状态，春季12：00越靠近地表土壤温度越高;日落后随着地表大气温度的降低，冬季地表温度降温明显，其他土层的温度仍维持随着深度增加而温度越高的状态，春季地表和5 cm土深的温度对气温响应明显，其他土层的温度变化滞后。春季白天随着太阳辐射的增加，浅层土温迅速上升，而日落后又逐渐向大气释放能量，地气间热量交换比冬季大，极易发生晚霜冻。

3结论与讨论

通过分析探讨春、冬季土壤温度的变化情况，可以得出如下结论：从季节变化来看，近地层土壤温度变化趋势与气温一致，变化幅度没有气温剧烈，土层越深，土壤温度变化趋势越来越平缓，这是因为深层土壤比浅层土壤掩蔽性高，热流从表层传递到深层存在滞后现象;土壤温度日内变化特征表明20 cm土层出现极值的时间比0 cm土层晚4 h左右，土层越深土壤温度变化越平缓;春季白天随着太阳辐射的增加，浅层土温迅速上升，而日落后又逐渐向大气释放能量，地气间热量交换比冬季大，极易发生晚霜冻。

该研究分析了春冬季霜冻发生前后土壤温度变化特征，发现气温与土壤温度存在较高的相关关系，后期将对分析所得的浅层土壤温度与地气温的关系进行量化，以期为当地农业气象灾害预警服务提供参考。

参考文献

[1] 翁倩，袁大刚，李启权，等.四川省土壤温度状况空间分布特征[J].土壤通报，2017，48（3）：583-588.

[2] 车宗玺，李进军，汪有奎，等.祁连山西段草地土壤温度、水分变化特征[J].生态学报，2018，38（1）：105-111.

责任编辑：郑丹丹