冬春季不同条件下海安市浅层土壤温度变化特征分析
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摘要 分析浅层土壤温度的变化特征对冬、春季节农业气象冻害预报服务具有重要意义。本文选择江苏省海安市为研究区域，研究了冬、春季节浅层土壤温度的变化规律及在遇降水、降温情况下土壤温度的动态变化特征。结果表明，近地层土壤温度整体变化趋势与气温一致，只是变化幅度不如气温剧烈，且土层越深，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;降水过程中，各层土壤温度变化趋势平缓，且不同深度土层的温度差异较小;降水结束后，随着气温进一步下降，春季当气温降到2 ℃左右时，0 cm土壤温度仅为0 ℃左右，此时要谨防晚霜冻;而在冬季当气温下降到-4 ℃左右时，0 cm土壤温度仍为-1～0 ℃，不会出现严重的霜冻灾害。
关键词 土壤温度;降水;降温;变化特征;江苏海安;冬春季节
中图分类号 S152.8 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2019）10-0164-01
土壤温度是地表主要的物理参量之一，影响着土壤湿度、土壤形成、地表植被生长状况及地表能量和水分的再分配[1-2]。适宜的土壤温度是种子萌发、幼苗和根系生长发育的必要条件。本文以江苏省海安市为研究区域，利用海安市气象观测站2014年11月至2017年4月观测资料，分析探讨其春、冬季节土壤温度的变化情况，以及在特定条件下土壤温度的变化特征，以期为本地农业发展提供参考。
1 区域概况与数据来源
1.1 研究区概况
江苏海安市东临黄海、南面长江、西与姜堰接壤、北与东台比邻，地理位置为东经120°12′～120°53′、北纬32°32′～32°43′，处于长江、淮河两大水系尾部交汇处，属北亚热带季风气候区。本文以该地区为研究区域，分析该地区土壤温度的时空变化特征及其与气象条件的关系。
1.2 数据来源与处理
数据资料来源于海安市气象观测站的2014—2017年分钟气象数据，包括土壤温度（深度为0、5、10、15、20 cm）、降水量和气温。数据分析基本在Excel、Matlab软件下进行，按照每天、每小时进行平均处理。
2 结果与分析
2.1 土壤温度时空变化特征
2.1.1 土壤温度的月变化特征分析。在研究期间，分析不同土深土壤温度和气温的逐月变化情况可知，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;日均土壤温度最低的月份都在1月，2月底前土壤温度呈现随着土层深度的增加而增加的趋势，3月开始随着气温的逐渐升高，土壤温度逐渐呈现出随着土层深度的增加而降低的趋势。
2.1.2 土壤温度的日变化特征分析。各层土温中，地表温度的变幅较大，一天中最低值出现在6：00，为5.0 ℃;最高值出现在13：00，为19.9 ℃。20 cm土温的变幅最小，一天中的最低值出现在10：00，为9.4 ℃;最高值出现在17：00，为11.6 ℃。20 cm土层出现极值的时间比0 cm土层晚4 h左右，可见土壤热量传递的情况：早晨20 cm土温高于上层土温，热量由深层向浅层传送，同时自身因热量流失而温度下降，而浅层又因为逐渐获得太阳辐射而升温，随后出现浅层土壤温度高于深层的状况，热量反向传输，20 cm土层的温度也渐渐升高。
2.2 特定条件下土壤温度的变化特征
以2015年4月4—10日和2016年1月28日至2月23日这2个时间段为例，分析在发生一次连续性降水及降水之后遇降温的条件下土壤温度的变化情况。降水过程中，各层土壤温度变化趋势比较平缓，且不同深度土层的温度差异较小，是因为降水提高了土壤含水量，进而影响了浅层土壤的热量交换，能够有效降低土壤温度的波动，越靠近表层，土壤含水量对土壤的保温作用更明显[3-4]。降水结束后，随着气温进一步下降，0 cm土壤温度最先受气温变化影响，在春季0 cm土壤温度变化趋势基本与气温一致，与气温的差距较小，白天升温幅度比气温大，夜间降温幅度也大于气温，当气温降到2 ℃左右时，0 cm土壤温度仅为0 ℃左右，此时要谨防晚霜冻;而在冬季0 cm土壤温度在降温过程中变化平缓，白天虽然升温幅度比气温大，但是夜间降温幅度小于气温，且夜间0 cm土壤温度高于气温，当气温下降到-4 ℃左右时，0 cm土壤温度仍为-1～0 ℃，不会出现严重的霜冻灾害[5-6]。
3 结论与讨论
3.1 结论
通过分析探讨冬、春季节土壤温度的变化情况，可以得出如下结论：
（1）从季节变化来看，近地层土壤温度变化趋势与气温一致，变化幅度不如气温剧烈，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。
（2）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。
（3）降水过程中，各层土壤温度变化趋势平缓，且不同深度土层的温度差异较小;降水结束后，随着气温进一步下降，0 cm土壤温度最先受气温变化影响，在春季0 cm土壤温度白天升温幅度比气温大，夜间降温幅度也大于气温，当气温降到2 ℃左右时，0 cm土壤温度仅为0 ℃左右，此时要谨防晚霜冻;而在冬季0 cm土壤温度白天虽然升温幅度比气温大，但是夜间降温幅度小于气温，且夜间0 cm土壤温度高于气温，当气温下降到-4 ℃左右时，0 cm土壤温度仍为-1～0 ℃，不会出现严重的霜冻灾害。
3.2 讨论
本研究只分析了冬、春季节气温及降水对土壤温度变异的影响，而在研究降水对土壤温度的影响过程中发现，土壤水分的变化对土壤温度也有重要影响，后续研究将结合土壤温、湿度，探讨土壤温湿度的关系，阐明两者的互作效应，为进一步提高农业气象预报服务做准备。
4 参考文献
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作者简介 韩湘云（1989-），女，江蘇如皋人，助理工程师，从事应用气象学工作。
收稿日期 2019-02-18
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