淮河源浅层地温时空变化及其对全球增暖停滞的响应_刘明华.pdf

：文章编号：（）淮河源浅层地温时空变化及其对全球增暖停滞的响应刘明华，马金梦，王黎明，卢山，闫军辉，刘金科，贺中花，崔越，（信阳师范学院 地理科学学院；信阳市气候与环境演变重点实验室；计算机与信息技术学院；文学院，河南 信阳 ；固始县气象局，河南 信阳 ）摘要：利用 年淮河源地区 个气象站的逐月平均气温和逐月平均 地温资料，采用线性回归、功率谱分析等方法，分析了近 年淮河源地区 地温的时空变化特征及其对全球增暖停滞的响应。结果表明：（）年淮河源地区 各层年平均地温均呈波动上升趋势；（）淮河源 年均地温均呈东部和西南部高、北部和西北部低的空间格局，西南部各层地温变化速率最大，中部地区变化速率最小；（）淮河源各层年均地温变化均检测出 的周期信号，信阳、息县、新县、淮滨和商城周期信号较强，其余站点各层年均地温无明显的周期信号；（）年淮河源各层地温对全球增暖停滞的响应极为敏感。关键词：浅层地温；全球增暖停滞；时空变化；气候变化；淮河源中图分类号：；文献标识码：开放科学（资源服务）标识码（）：o o o o o o o o o ，o ，（；，；，）：，：（），（），（），（），o ：；收稿日期：；修订日期：；通信联系人，：；基金项目：国家自然科学基金项目（）；河南省科技攻关计划项目（）；河南省自然科学基金项目（）；河南省高等学校青年骨干教师培养计划项目（）；河南省高校科技创新团队支持计划项目（）；河南省研究生教育改革与质量提升工程项目（）；信阳师范学院青年科研基金项目（）作者简介：刘明华（），女，山东菏泽人，教授，硕士生导师，主要从事综合自然地理、地理教育研究。信阳师范学院学报（自然科学版）第 卷第期 年月 引言 第六次评估报告指出，年以来，全球平均温度较工业化前水平（年平均值）已上升约。地温是下垫面和不同深度土壤温度的统称，其变化对种子的萌发、作物的生长及产量有着重要的影响。全球变暖背景下，区域地温时空变化引起学术界的密切关注。学者利用 年全国 地温资料，分析中国地面温度时空变化，发现全国 地温呈先降低后升高的趋势，但存在区域和季节差异：新疆、东北和内蒙古地区地表温度增温显著，而西南地区、西藏地区夏季地表温度却呈逐渐降温的趋势。地区尺度上，川南山区 地温呈北低南高、高山低河谷高的空间分布格局，西藏“一江两河”流域年平均 地温呈西低东高分布。淮河源位于河南省南部，东接安徽，西南与湖北相邻，是中国的南北气候过渡带，具有独特的地域优势，对于科学理解典型区域气候变化响应机制尤为重要。虽然已有学者分析了该地区气候变化，但鲜见系统分析淮河源地区浅层地温时空变化特征及其对全球增暖停滞响应的研究。本文拟使用淮河源地区 年逐月平均气温和 浅层地温数据，分析淮河源浅层地温的时空变化特征及其对全球增暖停滞的响应，不仅对深入理解全球气候变化背景下典型过渡地区浅层地温的变化特征有重要意义，还可为淮河源地区农业生产等提供参考依据。数据与方法资料来源论文所用资料为 年淮河源地区 个气象站（图）逐月平均气温和逐月平均 浅层地温资料，数据来源于河南省气象局。图研究区及气象站点空间分布 o o o o o o 经检查发现，月平均气温存在个月的缺失，缺失数据为 年淮滨月和月气温，占总数据的；浅层地温数据存在 个月的缺失，多集中于 年、年、年和 年，共占总数据的，数据连续性较好。全球（北半球）温度变化资料来源于 等 重建的全球（北半球）温度序列 年以来的部分。研究方法采用回归订正法对缺失的地温数据进行逐月插补来获取连续且完整的浅层地温序列；采用线性回归法和功率谱分析法分析淮河源地区地温的变化速率和周期等时间变化特征；借助 软件采用反距离加权插值法分析淮河源地区浅层地温的空间变化特征；以月为春季，月为夏季，月为秋季、月翌年月为冬季。结果与分析浅层地温变化速率时间变化研究 年淮河源地区浅层地温基本特征得知，各层地温的多年平均值随地层深度增加大致呈先减小后增大的趋势。多年平均值最高出现在 地层，其值为 ，随后多年平均值减小，在 地层处达到最低，其值为 ，之后多年平均值开始回升。淮河源各层年均地温均于 年达到最小值，最小值出现在 地层，为 ，与最小值不同，年均地温在 年出现最大值，其余层均在 年出现最大值。年以来淮河源地区各层年均地温均呈显著升高趋势。其中，地温的变化幅度最大，变暖速率为 ，表明过去 来淮河源 地温共升高 ；、和 地温次之，地温的变化幅度最小，其值为 ，表明过去 来淮河源 地温共升高 （图）。各层地温的变化速率均通过 显著性水平检验。不同地层地温的升温幅度存在明显季节差异。研究结果显示，夏季，各层地温的升温速率均最小，、和 地层甚至出现微弱降温趋势；其次为秋季和春季，不同地层秋季和春季平均地温均呈显著升高趋势，春季升温速率较大；冬季，各地层的气候倾向率均最大，地层刘明华，马金梦，王黎明，等 淮河源浅层地温时空变化及其对全球增暖停滞的响应的气候倾向率最大，其次是、和 地层，地层的气候倾向率最小，表明气候倾向率存在随地层深度增加而减小的趋势（表）。春季各层、秋季 地层温度变化均通过 显著性水平检验，秋季 地层、冬季 地层通过 显著性水平检验，冬季 地层和 地层通过 显著性水平检验，夏季各层地温变化均不显著，未通过显著性检验。图 年淮河源地区年均地温的变化特征 o o o o o o 表 年淮河源地区浅层地温季节变化 o o o o o o o o 土壤深度 浅层地温季节变化（）春季夏季秋季冬季年均 注：、分别表示通过了、和 的显著性检验。空间变化图为 年淮河源地区 浅层地温空间分布图。由图可得，淮河源 年均 地 温 均 为 东 部 和 西 南 部 最 高（），北部 和西部 地区最低（）。和 年均地温极值中心分布较为一图 年淮河源浅层地温空间分布 o o o o o o o 第 卷第期信阳师范学院学报（自然科学版）：年月致，两地层年均温高值中心均出现在固始，而低值中心均出现于淮滨，地层年均温最高值和最低值相差 ，地层极差为 ；、地层年均温高值中心均出现在信阳，分别为 、和 ；低值中心均出现于淮滨，最低值分别为 、和 ；极差分别为 、和 。淮河源地区 年均地温气候倾向率均为正值，西南部变化速率最大，中部地区变化速率最小。各层年均地温变化速率均为信阳最大，其中最大值出现在 地层，为 ；各层年均地温变化速率均为光山最小，其中 地层出现最小值，为 （图）。图 年淮河源浅层地温变化速率空间分布 o o o o o o o o 浅层地温周期由淮河源地区浅层年平均地温的功率谱图（图）可知，各层年均地温的变化表现出明显的周期特征。淮河源 年均地温均在 处，谱密度为峰值且超过红噪音标准谱，表明 为淮河源地区各层年平均地温显著周期。空间上，桐柏、新县、淮滨和潢川 地层均检测出 的周期信号，商城还检测出 的周期，其余站点未发现周期信号；地层中除息县、淮滨和商城检测出，新县检测出的周期外，其余站点均未检测出周期；地层中除桐柏、光山、潢川和固始未发现周期外，其余站点均发现 的周期，新县除 外还检测出的周期；和 地层的周期基本一致，信阳和息县两地层、商城 地层均检测出 的周期，而新县两地层均检测出的周期，其余站点均未发现周期信号（表）。图 年淮河源地区浅层地温的功率谱分析 o o o o o o o 刘明华，马金梦，王黎明，等 淮河源浅层地温时空变化及其对全球增暖停滞的响应表 年淮河源地区各站点年平均地温周期 o o o o 气象站点 年均地温周期 桐柏 息县 信阳 罗山 光山新县 ，淮滨 潢川 固始商城 区域 浅层地温对全球增暖停滞的响应研究表明，年全球地表温度几乎没有增加，出现“增暖停滞”，中国大陆年平均气温在剔除城市化影响后同样出现全球增暖停滞现象，类似的增暖停滞在淮河源浅层地温中也有体现。年淮河源气温的气候倾向率为 ，显著低于 年以来的变化速率 ；淮河源年均地温除 地层呈微弱升温趋势外，其余地层年均温均呈不显著降低趋势，变化速率在 之间。地层降温幅度最大；其次为 和 地层，气 候 倾 向 率 分 别 为 和 ；地层降温幅度相对较小，所有地层年均温变化均未通过显著性检验。年淮河源各层年均地温变化速率不仅显著低于 年，也较 年显著偏低，全球增暖停滞现象在区域土壤温度表现明显。图淮河源地区浅层地温对全球增暖停滞的响应 o o o o o o o 结论与讨论结论基于淮河源地区逐月平均气温和逐月平均 地温资料，分析了 年以来研究区浅层地温时空变化及其对全球增暖停滞的响应。主要结论如下：（）淮河源地区各层年均地温均呈显著升高趋势，增温幅度最大的为 地层，最小的为 地层，变化速率分别为 和 ；冬季各层地温变暖速率均最大，夏季最小。（）淮河源 年均地温呈东部和西南部高、北部和西北部低的空间格局，西南部浅层年均地温变化速率最大，中部地区变化速率最小。（）年以来淮河源地区 年平均地温周期均为；息县、信阳、新县、淮滨和商城均检测出 的周期，而其余站点各层年均地温无明显的周期。（）年淮河源年均地温除 地层呈微弱升温趋势外，其余各层地温和气温均呈不显著降温趋势，对全球增暖停滞的响应极为敏感。讨论与以往研究相比，淮河源地区各层年均地温变化趋势同其他地区的研究结果基本一致，均呈显著升温趋势，且各层地温均与气温呈显著正相关、为第一显著周期，这与信阳城区 的研究结果基本一致。一些研究认为，土壤温度的升高是由于气温的升高，日照、风速、水汽压、降水、相对湿度和蒸发等因素都会对地表温度的变化产生一第 卷第期信阳师范学院学报（自然科学版）：年月定程度的影响，气温通过地气的热量交换过程直接影响地表温度的变化；然而从能量的角度来看，地面是大气的直接热源，土壤温度的变化应导致气温变化，地温与气温的关系表现出复杂性，具体原因仍需进一步研究。参考文献：，：，中国气象局 地面气象观测规范 北京：气象出版社，：，王佳琳，潘志华，韩国琳，等 年中国 地温变化特征及其与气温变化的关系资源科学，（）：，（）：王雪姣，王森，吉春容，等 年新疆 地温的时空分布特征及突变分析干旱区资源与环境，（）：，（）：李帅，王萍，陈莉，等 黑龙江省春季浅层（）地温变化特征及预报 冰川冻土，（）：，（），（）：陈超，周广胜 年阿拉善左旗气温和地温的变化特征分析自然资源学报，（）：，（）：张天鹏，保万魁，雷秋良，等 年中国土壤温度时空变化特征及其影响因素地理学报，（）：，（）：卓嘎，德吉央宗，普布次仁西藏地区地面温度的时空分布及其异常类型研究干旱区资源与环境，（）：，（）：王冰，李启权，罗琳，等 年川南山区地温和气温的变化特征干旱区地理，（）：，（）：杜军，胡军，尼玛吉，等 年西藏“一江两河”流域 地温及其界限温度时空变化特征地理学报，（）：，（）：闫军辉，刘金科，卢山，等南北过渡带地区浅层地温的全球变化响应：以信阳城区为例信阳师范学院学报（自然科学版），（）：，：（），（）：，：，（）：闫军辉，刘浩龙，葛全胜，等 年武汉市温度变化序列重建与初步分析 地理科学进展，（）：，（）：第三次气候变化国家评估报告 编写委员会第三次气候变化国家评估报告北京：科学出版社，：，责任编辑：张钰刘明华，马金梦，王黎明，等 淮河源浅层地温时空变化及其对全球增暖停滞的响应