冬春季不同條件下海安市淺層土壤溫度變化特征分析
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摘要 分析淺層土壤溫度的變化特征對冬、春季節農業氣象凍害預報服務具有重要意義。本文選擇江蘇省海安市為研究區域，研究了冬、春季節淺層土壤溫度的變化規律及在遇降水、降溫情況下土壤溫度的動態變化特征。結果表明，近地層土壤溫度整體變化趨勢與氣溫一致，只是變化幅度不如氣溫劇烈，且土層越深，土壤溫度變化趨勢越來越平緩;各層土溫日內變化均呈現正弦曲線狀態，其中地表溫度的變幅較大，且出現極值的時間比20 cm土層出現極值的時間早4 h左右;降水過程中，各層土壤溫度變化趨勢平緩，且不同深度土層的溫度差異較小;降水結束后，隨著氣溫進一步下降，春季當氣溫降到2 ℃左右時，0 cm土壤溫度僅為0 ℃左右，此時要謹防晚霜凍;而在冬季當氣溫下降到-4 ℃左右時，0 cm土壤溫度仍為-1～0 ℃，不會出現嚴重的霜凍災害。
關鍵詞 土壤溫度;降水;降溫;變化特征;江蘇海安;冬春季節
中圖分類號 S152.8 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2019）10-0164-01
土壤溫度是地表主要的物理參量之一，影響著土壤濕度、土壤形成、地表植被生長狀況及地表能量和水分的再分配[1-2]。適宜的土壤溫度是種子萌發、幼苗和根系生長發育的必要條件。本文以江蘇省海安市為研究區域，利用海安市氣象觀測站2014年11月至2017年4月觀測資料，分析探討其春、冬季節土壤溫度的變化情況，以及在特定條件下土壤溫度的變化特征，以期為本地農業發展提供參考。
1 區域概況與數據來源
1.1 研究區概況
江蘇海安市東臨黃海、南面長江、西與姜堰接壤、北與東臺比鄰，地理位置為東經120°12′～120°53′、北緯32°32′～32°43′，處于長江、淮河兩大水系尾部交匯處，屬北亞熱帶季風氣候區。本文以該地區為研究區域，分析該地區土壤溫度的時空變化特征及其與氣象條件的關系。
1.2 數據來源與處理
數據資料來源于海安市氣象觀測站的2014—2017年分鐘氣象數據，包括土壤溫度（深度為0、5、10、15、20 cm）、降水量和氣溫。數據分析基本在Excel、Matlab軟件下進行，按照每天、每小時進行平均處理。
2 結果與分析
2.1 土壤溫度時空變化特征
2.1.1 土壤溫度的月變化特征分析。在研究期間，分析不同土深土壤溫度和氣溫的逐月變化情況可知，近地層土壤溫度變化趨勢與氣溫一致，變化幅度沒有氣溫劇烈;土層越深，土壤溫度變化趨勢越來越平緩;日均土壤溫度最低的月份都在1月，2月底前土壤溫度呈現隨著土層深度的增加而增加的趨勢，3月開始隨著氣溫的逐漸升高，土壤溫度逐漸呈現出隨著土層深度的增加而降低的趨勢。
2.1.2 土壤溫度的日變化特征分析。各層土溫中，地表溫度的變幅較大，一天中最低值出現在6：00，為5.0 ℃;最高值出現在13：00，為19.9 ℃。20 cm土溫的變幅最小，一天中的最低值出現在10：00，為9.4 ℃;最高值出現在17：00，為11.6 ℃。20 cm土層出現極值的時間比0 cm土層晚4 h左右，可見土壤熱量傳遞的情況：早晨20 cm土溫高于上層土溫，熱量由深層向淺層傳送，同時自身因熱量流失而溫度下降，而淺層又因為逐漸獲得太陽輻射而升溫，隨后出現淺層土壤溫度高于深層的狀況，熱量反向傳輸，20 cm土層的溫度也漸漸升高。
2.2 特定條件下土壤溫度的變化特征
以2015年4月4—10日和2016年1月28日至2月23日這2個時間段為例，分析在發生一次連續性降水及降水之后遇降溫的條件下土壤溫度的變化情況。降水過程中，各層土壤溫度變化趨勢比較平緩，且不同深度土層的溫度差異較小，是因為降水提高了土壤含水量，進而影響了淺層土壤的熱量交換，能夠有效降低土壤溫度的波動，越靠近表層，土壤含水量對土壤的保溫作用更明顯[3-4]。降水結束后，隨著氣溫進一步下降，0 cm土壤溫度最先受氣溫變化影響，在春季0 cm土壤溫度變化趨勢基本與氣溫一致，與氣溫的差距較小，白天升溫幅度比氣溫大，夜間降溫幅度也大于氣溫，當氣溫降到2 ℃左右時，0 cm土壤溫度僅為0 ℃左右，此時要謹防晚霜凍;而在冬季0 cm土壤溫度在降溫過程中變化平緩，白天雖然升溫幅度比氣溫大，但是夜間降溫幅度小于氣溫，且夜間0 cm土壤溫度高于氣溫，當氣溫下降到-4 ℃左右時，0 cm土壤溫度仍為-1～0 ℃，不會出現嚴重的霜凍災害[5-6]。
3 結論與討論
3.1 結論
通過分析探討冬、春季節土壤溫度的變化情況，可以得出如下結論：
?。?）從季節變化來看，近地層土壤溫度變化趨勢與氣溫一致，變化幅度不如氣溫劇烈，土層越深，土壤溫度變化趨勢越來越平緩，這是因為深層土壤比淺層土壤掩蔽性高，熱流從表層傳遞到深層存在滯后現象。
（2）土壤溫度日內變化特征表明，20 cm土層出現極值的時間比0 cm土層晚4 h左右，土層越深土壤溫度變化越平緩。
?。?）降水過程中，各層土壤溫度變化趨勢平緩，且不同深度土層的溫度差異較小;降水結束后，隨著氣溫進一步下降，0 cm土壤溫度最先受氣溫變化影響，在春季0 cm土壤溫度白天升溫幅度比氣溫大，夜間降溫幅度也大于氣溫，當氣溫降到2 ℃左右時，0 cm土壤溫度僅為0 ℃左右，此時要謹防晚霜凍;而在冬季0 cm土壤溫度白天雖然升溫幅度比氣溫大，但是夜間降溫幅度小于氣溫，且夜間0 cm土壤溫度高于氣溫，當氣溫下降到-4 ℃左右時，0 cm土壤溫度仍為-1～0 ℃，不會出現嚴重的霜凍災害。
3.2 討論
本研究只分析了冬、春季節氣溫及降水對土壤溫度變異的影響，而在研究降水對土壤溫度的影響過程中發現，土壤水分的變化對土壤溫度也有重要影響，后續研究將結合土壤溫、濕度，探討土壤溫濕度的關系，闡明兩者的互作效應，為進一步提高農業氣象預報服務做準備。
4 參考文獻
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作者簡介 韓湘云（1989-），女，江蘇如皋人，助理工程師，從事應用氣象學工作。
收稿日期 2019-02-18
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