大连地区浅层地温变化特征分析

李 铭 王洪祥

（1大连市防雷减灾中心，辽宁大连 116001；2大连市气象信息中心，辽宁大连 116001）

下垫面对全球气候变化和生态环境有不可忽视的影响。随着近地面大气温度、降水、日照等气候特征因子的变化在气候演变研究中愈加被重视，相关研究逐步开展，但浅层地温气象资料研究相对较少[1-2]。

大连市地处辽东半岛最南端，东濒黄海，西临渤海，南与山东半岛隔海相望，北依辽阔的东北平原。大连市是我国北方重要的港口、工业、贸易、金融和旅游城市，是东北亚重要的国际航运中心、国际物流中心和区域金融中心。全市陆地总面积1.26万km2，耕地面积36.07万hm2，海岸线长2 211 km，管辖海域面积2.9万km2，下辖6个区、3个县级市、1个海岛县和5个先导区。大连市农业资源丰富，地貌类型多样，海洋滩涂养殖面积比较大，气候温和，冬无严寒，夏无酷暑，四季分明，无霜期长，具有发展粮食、渔业、水果、畜牧、蔬菜、花卉得天独厚的优越条件。地温变化会对作物生长发育造成不同程度的影响。因此，本文基于浅层地温数据的分析研究，明确其对大连地区农业可持续发展的重要作用，为研究浅层地温的变化及其与气候的相互影响提供科学参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

2016年12月20日，由国家气象信息中心牵头建设的全国综合气象信息共享平台（CIMISS）正式业务化运行，标志着以CIMISS为核心的国省统一数据环境正式建立，同时标准、统一的支撑气象核心业务系统的数据生态也已初步形成。CIMISS数据系统的建立实现了气象数据的“四统一”，即数据标准统一、数据来源统一、数据流程统一和数据服务统一。因此，基于“四统一”获取的数据是准确无误、可以按标准使用的气象数据。本文从辽宁省气象局下发的CIMISS数据接口获取大连气象站浅层地温资料月数据，并将其入库到大连地区百年历史资料数据平台。其中获取核心脚本代码如下：

1.2 研究方法

通过平台分析获得不同土层深度的年、季、月地温值，由于个别年份缺测，故选择2004—2017年连续14年的持续地温数据，对其年、月、季变化趋势进行分析，得出大连气象站浅层地温变化规律。

2 结果与分析

2.1 浅层地温年分布特征

由图1可知，14年中浅层地温总体呈现先降低后升高的变化趋势，并且5 cm、10 cm、15 cm、20 cm等4个不同深度的浅层地温变化趋势一致，都是在2010年降至最低再持续升高。2004—2013年的最高地温为13.5℃，进入2014年后，最高地温持续升高到14.5℃。大连气象站的浅层地温在2009—2010年下降幅度最大，达到1.5℃以上；在2013—2014年上升幅度最大，达到1.2℃以上；其他年份都呈现0.5℃左右的升降幅度。地温的总体上升趋势与全球气温升高有一定关系，并且2010年拐点后明显呈持续上升的趋势。大连气象站各层地温变化率基本一致。2010年地温最低侧面反映了大连气象站2020年相对其他年份更加寒冷。

从5 cm、10 cm、15 cm、20 cm等4个深度土层具体来分析，2015年之前，10 cm地温平均值在4层土壤温度中最低，15 cm地温平均值在4层土壤温度中最高；在2015年后5 cm地温平均值为各层中最高。4层总体趋势变化非常一致，各层之间土壤温度差别非常小，范围为0.1～0.2℃。从14年的平均地温来看，5 cm、10 cm、15 cm、20 cm 年平均地温分别为 13.3、13.2、13.3、13.3℃，即各层年平均地温差别小。

2.2 浅层地温月分布特征

由图2可知，浅层地温分布与不同月份对应的太阳辐射强度关系较密切[3-4]。不同深度土层的温度随着各个月份太阳辐射强度变化而变化。从月分布规律来看，1—7月大连气象站各层地温逐月升高，其中1月和2月各层地温均在0℃以下，3月开始跳跃式升高，7—12月逐月降低，1—12月总体趋势是先升高后降低。对5 cm、10 cm、15 cm、20 cm各层地温进行比较分析：土层深度越深受太阳辐射影响越小；反之，土层深度越浅受太阳辐射影响越大。土壤吸收太阳辐射带来的热量后，自身土层温度升高并将热量传递给临近土层。由于土壤具有导热性，故越接近地面，温度升高越快；越远离地面，温度升高越慢。各月地温变幅（上升和下降）基本在5℃左右。6—8月浅层气温最高，基本都在25℃左右；12月至翌年2月最低，都在0℃左右。

对1—12月具体每个月地温变化情况进行分析：5 cm、10 cm、15 cm、20 cm 土层的最低温度都出现在 1 月，分别是-2.7、-2.3、-1.8、-1.3℃，最低温度随着土层深度增加而升高；5 cm、10 cm、15 cm、20 cm土层的月最高温度都出现在7月，分别是27.1、26.6、26.3、25.9℃，最高温度随着土层深度增加而降低。月最低温度和月最高温度均符合土壤导热规律[5-6]。

2.3 浅层地温季分布特征

根据大连气象站1—12月的土层温度月均值按季统计取平均值，作为季数据分析。本文将3—5月定义为春季，将6—8月定义为夏季，将9—11月定义为秋季，将12月至翌年2月定义为冬季。依据大连气象站浅层地温季分布（图3），明显得出：夏季浅层温度最高，温度都在25℃以上；秋季次于夏季，温度普遍为14.5～15.5℃；春季位于第三档，温度为12.2～13.5℃；冬季浅层温度最低，基本在0℃以下，只有20 cm地温略高于0℃（0.1℃），5 cm地温最低（-1.1℃）。比较各层的土壤温度来看，春季、夏季土层深度与土层温度成负相关：土层深度越浅，土层温度越高；土层深度越深，土层温度越低。秋季和冬季却相反，各个土层深度越靠近地面，对应的土层温度越低；土层深度越远离地面，土层温度越高，说明秋季土层深度和土层温度成正相关。就四季平均地温值来看，春季为12.9℃，夏季为25.7℃，秋季为15.0℃，冬季为-0.5℃。各个季节地温均值与当季对应的太阳辐射强度一致：夏季辐射强度最大，故平均地温值最高；冬季辐射强度最低，故平均地温值最低；春季和秋季处于冬季和夏季之间。综合来看，季节浅层地温分布规律与月份分布变化规律一致。

3 结论

大连气象站2004—2017年各浅层（5 cm、10 cm、15 cm、20 cm）地温数据分析结果表明，大连气象站近14年不同深度土层温度变化规律如下：

（1）年分布规律为先降低后升高，2010年是拐点年，且不同深度浅层地温变化趋势一致，总体上升趋势与全球气温升高有一定的关系。大连气象站各层变化率与土层深度关系不大，各层变化率基本一致。从5 cm、10 cm、15 cm、20 cm等4个土层具体来分析，2015年之前，10 cm地温平均值在4层土壤温度中最低，15 cm地温平均值在4层土壤温度中最高；但在2015年后5 cm地温超过了15 cm地温。

（2）浅层地温月分布变化与各月太阳辐射强度关系密切，具体是1—7月逐月升高、7—12月逐月降低，土层深度与太阳辐射成负相关，各月温度变化幅度在5℃左右。土层深度越深，受太阳辐射影响越小；土层深度越浅，受太阳辐射影响越大。从1—12 月每个月变化来分析，5 cm、10 cm、15 cm、20 cm各层的月最低温度均出现在1月，月最高温度均出现在7月，4层的最高温度随着土层深度增加而降低，月最低温度和月最高温度符合土壤导热规律。

（3）浅层地温的季分布上，土层深度与土层温度在春季、夏季成负相关，在秋季、冬季成正相关。各个季节浅层地温均值与各季节太阳辐射强度一致。就四季平均地温值来看，春季为12.9℃，夏季为25.7℃，秋季为15.0℃，冬季为-0.5℃。夏季辐射强度最大，故平均地温值最高；冬季辐射强度最低，故平均地温值最低；春季和秋季位于冬季和夏季之间。综合来看，季节浅层地温分布规律与月份分布规律变化一致。