李永華,周彥玲,呂浩嘉
(1.萊陽(yáng)市氣象局,山東 萊陽(yáng)265200;2.呼中區(qū)氣象局,黑龍江 呼中165036;3.曲阜市氣象局,山東 曲阜273100)
土壤溫度是控制微生物活性和植物生長(zhǎng)的重要因素之一[1],下墊面與大氣之間以及下墊面表面與內(nèi)部深處都有熱量交換[2-3]。在全球變暖的氣候大背景下,地溫的研究已成熱點(diǎn),前蘇聯(lián)絕大多數(shù)氣象臺(tái)站40cm深度年平均地溫在近一個(gè)世紀(jì)以來呈升高趨勢(shì)[4],青藏高原風(fēng)火山一帶15cm深度處的溫度在20世紀(jì)60-90年代期間升高了0.2-0.3℃[5]。萊陽(yáng)主要以春播作物為主,研究結(jié)果為合理安排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等提供參考。
選用萊陽(yáng)市國(guó)家氣象觀測(cè)站1971-2019年0-40cm月平均地溫統(tǒng)計(jì)資料;根據(jù)80年代農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃:芋頭5cm地溫穩(wěn)定通過10℃、小花生和夏玉米5cm地溫穩(wěn)定通過15℃、大花生和地瓜穩(wěn)定通過18℃作為適宜播種氣象指標(biāo),這些指標(biāo)一直被當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)氣象廣泛應(yīng)用。采用一元線性統(tǒng)計(jì)方法[6]估算萊陽(yáng)市各層地溫的氣候特征[7-8]和春播作物適播期初日變化趨勢(shì);采用距平大于標(biāo)準(zhǔn)差的2倍作為異常標(biāo)準(zhǔn)。
近49 a,萊陽(yáng)市0-40cm年平均地溫呈明顯上升趨勢(shì)(表1),升幅為0.41-0.61℃/10 a,升幅由淺層至深層依次減小。各層地溫均通過了α=0.001的顯著性水平檢驗(yàn)。季平均地溫的傾向率各層地溫均呈上升趨勢(shì),平均升幅為0.50℃/10 a,并且均通過了α=0.001的顯著性水平檢驗(yàn)。各層地溫平均升幅為春季>秋季>夏季>冬季,6層平均升幅春季最大,冬季升幅最小。
表1 地溫、氣溫及降水氣候傾向率(單位℃/10 a)
經(jīng)統(tǒng)計(jì)各層年平均最高均出現(xiàn)在2016年,年平均最低均出現(xiàn)在1976年。各層地溫季平均最高出現(xiàn)在近10 a次數(shù)最多,最低出現(xiàn)在70年代次數(shù)最多。
與同時(shí)期年平均氣溫氣候傾向率比較,0-40cm地溫氣候傾向率較氣溫偏高0.09-0.29℃/10 a。與同期季平均氣溫相比,除40cm秋、冬兩季及15cm冬季以外,均是地溫升幅大。該地同期降水量年氣候傾向率呈下降趨勢(shì),季氣候傾向率僅春季略有升幅。夏季和秋季降水量減少,有利于氣溫和地溫升溫,而春季降水偏多,有利于地表融化,從而導(dǎo)致春季地溫升溫快。
0-40cm地溫年距平和季距平均呈逐年代升高趨勢(shì),且隨著年代增溫愈顯著。季平均距平為:春季>秋季>冬季>夏季,說明春季升溫幅度最為顯著。
通過對(duì)萊陽(yáng)年平均地溫異常分析(表2),除5cm地溫沒有異常偏冷年份和40cm地溫?zé)o異常偏暖年份,其余地溫異常偏冷年份均出現(xiàn)在1976年,異常偏暖年份均出現(xiàn)在2015-2017年。
表2 地溫異常年份
季異常偏冷年份出現(xiàn)在70年代占84%,而異常偏暖年份出現(xiàn)在21世紀(jì)占96%。40cm地溫夏、秋兩季均未出現(xiàn)異常,春季和冬季的0cm、10cm、15cm、20cm地溫僅出現(xiàn)異常偏暖現(xiàn)象。夏季異常偏暖和異常偏冷次數(shù)一樣,秋季異常偏暖次數(shù)較多,而春季異常偏暖次數(shù)占83%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于異常偏冷次數(shù),促使春季整體升溫速度較快。
由以上分析可知,萊陽(yáng)市年、季、年代際平均地溫近49 a來均呈增溫趨勢(shì),且春季升溫最為突出。由表3看出,春播期芋頭以2.5 d/10 a、小花生和春玉米以3.3 d/10 a、大花生和地瓜以3.5 d/10 a速度變?cè)?。相關(guān)系數(shù)均通過信度0.001顯著檢驗(yàn)。
1971-2019年芋頭穩(wěn)定通過10℃平均初日為4月7日,最早3月17日,出現(xiàn)在2014年,最晚4月24日,出現(xiàn)在1991年。平均初日:70年代為4月10日,80年代為4月9日,90年代為4月11日,21世紀(jì)頭10 a為4月4日,2011-2019年為3月31日。由此適播期80年代較70年代提前1 d,90年代較80年代推遲2 d,21世紀(jì)頭10 a較90年代提前7 d,2011-2019年較前10 a提前4 d;
小花生和夏玉米穩(wěn)定通過15℃平均初日為4月15日,最早3月24日,出現(xiàn)在2014年和2018年,最晚6月1日,出現(xiàn)在1993年。平均初日:70年代為4月22日,80年代為4月14日,90年 代為4月19日,21世紀(jì)頭10 a為4月10日,2011-2018年為4月4日。由此適播期80年代較70年代提前7 d,90年代較80年代推遲5 d,21世紀(jì)頭10 a較90年代提前9 d,2011-2019較前10 a提前6 d;
大花生和地瓜穩(wěn)定通過18℃初日平均時(shí)間5月7日,最早4月13日,出現(xiàn)在2017年,最晚5月28日,出現(xiàn)在1991年。平均初日:70年代為5月12日,80年代為5月9日,90年代為5月11日,21世紀(jì)頭10 a為5月6日,2011-2018年為4月25日。由此適播期80年代較70年代提前了3 d,90年代較80年代推遲2 d,21世紀(jì)頭10 a較90年代提前了5 d,2011-2019年較前10 a提前了10 d。
由上分析,近49 a春播作物初日最早出現(xiàn)在近幾年,最晚出現(xiàn)在90年代初期,初日總體提前,近20 a提前尤為突出,使得作物春播適播期變?cè)?,體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上,農(nóng)作物“春耕期”延長(zhǎng),適宜春播期提前。
表3 作物氣候傾向率(單位d/10 a)
(1)近49 a來,萊陽(yáng)市0-40cm年、季平均地溫均呈明顯上升趨勢(shì),年升幅為0.41-0.61℃/10 a、季平均升幅為0.50℃/10 a,均通過了α=0.001的顯著性水平檢驗(yàn)。各層地溫平均升幅為春季>秋季>夏季>冬季,與同時(shí)期年平均氣溫氣候傾向率比較,地溫氣候傾向率較氣溫偏高0.09-0.29℃/10 a。明顯地溫比氣溫對(duì)氣候變暖貢獻(xiàn)大。
(2)該地同期降水量年氣候傾向率呈下降趨勢(shì),季氣候傾向率僅春季略有升幅。夏季和秋季降水量減少,有利于氣溫和地溫升溫,而春季降水偏多,有利于地表及早融化,從而導(dǎo)致春季地溫升溫快。
(3)0-40cm地溫年距平和季距平均呈逐年代升高趨勢(shì)。季平均距平為:春季>秋季>冬季>夏季,說明春季升溫幅度最為顯著。
(4)近49 a萊陽(yáng)異常偏暖年份出現(xiàn)在近幾年較多;春季和冬季的大多數(shù)層次地溫出現(xiàn)異常偏暖,而無異常偏冷現(xiàn)象,且春季異常偏暖次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于異常偏冷次數(shù),有利春季整體升溫速度較快。
(5)春播期芋頭以2.5 d/10 a、小花生和春玉米以3.4 d/10 a、大花生和地瓜以3.5 d/10 a速度變?cè)?。?9 a作物初日最早出現(xiàn)在近幾年,最晚出現(xiàn)在90年代初期,初日總體提前,近20 a提前尤為突出,使得農(nóng)作物“春耕期”延長(zhǎng),適宜春播期提前。