地溫變化對氣候變化的重要性范文

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1資料與方法

對站址有遷移情況的臺站，根據(jù)一年的對比觀測資料通過差值法進行訂正，以保證資料的連續(xù)性和均一性。2004年以前資料采用玻璃液體地溫表人工讀取，每日02:00、08:00、14:00、20:00共4個數(shù)據(jù);2004年開始使用鉑電阻地溫傳感器自動獲取，每小時讀取數(shù)據(jù)一次，月平均依然為02:00、08:00、14:00和20:00共4次的定時平均值。按12月～翌年2月為冬季、3～5月為春季、6～8月為夏季、9～11月為秋季生成逐季、逐年序列。對各站近30年年、季深層地溫3個層次作算術(shù)平均，得到各站1981～2010年年、季平均深層地溫序列;采用加權(quán)平均法，計算出青海及各站0．8、1．6、3．2m深層地溫的平均值，以分析其年、季、年代際變化以及突變等氣候特征。同時，選取氣溫、降水、最大凍土深度，分析其與地溫之間的關(guān)系。地溫的氣候傾向率采用一元線性方程分析方法，且對趨勢系數(shù)進行了顯著性檢驗。氣候突變通過累積距平和信噪比等方法來分析地溫的突變特征。

2結(jié)果與分析

2．1深層地溫的年內(nèi)變化由圖1可見，近30年青海各站0．8m深層地溫年內(nèi)最高值出現(xiàn)在8月，1．6m最高出現(xiàn)在8、9月(南部出現(xiàn)在9月)，3．2m最高出現(xiàn)在9、10月;0．8m地溫最低值出現(xiàn)在1、2月，1．6m最低值出現(xiàn)在2、3月(南部出現(xiàn)在3月)，3．2m最低出現(xiàn)在3、4月。隨著深度的增加平均地溫的年內(nèi)最高、最低值出現(xiàn)時間基本上推后1個月，年內(nèi)振幅也趨于減小。就全省8個代表站平均而言，0．8m深層3～8月是地溫升溫階段，最大升幅出現(xiàn)在5～6月，月平均升溫在3．5～3．7℃;1．6m深層4～9月是地溫升溫階段，最大升幅出現(xiàn)在6～7月，月平均升溫在2．5～2．7℃;3．2m深層5～10月是地溫升溫階段，最大升幅出現(xiàn)在7～8月，月平均升溫在1．5～1．6℃。0．8、1．6m深層9月～次年2月是地溫降溫階段，最大降幅出現(xiàn)在11月，月平均降溫分別達4．6、2．8℃;3．2m層11月～次年4月是地溫降溫階段，最大降幅出現(xiàn)在1月，月平均降溫平均為1．5℃。春、夏季平均地溫變化幅度隨深度增加逐步減小，表明熱量由淺層向深層傳遞，是積蓄能量的過程;秋、冬季平均地溫變化幅度隨深度增加而明顯增大，表明熱量由深層向淺層傳遞，是釋放能量的過程。

2．2深層地溫的長期變化趨勢2．2．1不同地層年平均地溫的變化。分析青海8站0．8、1．6、3．2m年平均地溫的氣候傾向率(表1)發(fā)現(xiàn)，大部分站點各地層均表現(xiàn)為不同程度的上升趨勢，均以瑪多升幅最大，在0．62～0．69℃/10a(P＜0．01)，特別是近20年位于青南地區(qū)的瑪多、達日、河南、久治各層以0．69～0．82℃/10a(P＜0．01)的增溫速率上升。0．8、1．6、3．2m均有3站通過了極顯著性檢驗(P＜0．01)，3站通過了顯著性檢驗(P＜0．05);其余站變化趨勢不明顯。

2．2．2不同地層季平均地溫的變化。

2．2．2．10．8m地溫。由表1可見，近30年青海0．8m地溫夏季全部呈升溫趨勢，瑪多增幅最大，為1．33℃/10a;春季、秋季、冬季大部分站呈升溫趨勢，春季德令哈增幅最大，為0．99℃/10a(P＜0．01);秋季剛察、瑪多以0．59℃/10a的速率升溫;冬季大部分站呈上升趨勢，剛察升幅達最大，為0．38℃/10a。春季有2站，夏季、秋季有1站達到極顯著性檢驗;春季、秋季、冬季有2站，夏季4站達到顯著性檢驗，其余各站變化不明顯。

2．2．2．21．6m地溫。由表1可見，近30年青海各站1．6m夏季、秋季均呈升溫趨勢，瑪多增幅最大，分別為1．46、0．86℃/10a;春季、冬季大部分站呈上升趨勢，春季德令哈增幅最大，為0．78℃/10a;冬季剛察升幅達最大，為0．58℃/10a。四季各有1站達到極顯著性檢驗;春季有5站，夏季、秋季、冬季均有4站達到顯著性檢驗。

2．2．2．33．2m地溫。表1顯示，近30年青海各站3．2m地溫春、夏、冬季絕大部分站表現(xiàn)為上升趨勢，秋季各站全部呈升高趨勢。春季、冬季增幅最大的剛察分別為0．54、0．65℃/10a，夏季、秋季均以瑪多升幅最大，升幅分別為0．88、0．96℃/10a;春季有4站，夏季、冬季有3站，秋季有2站達到極顯著性檢驗;春季、夏季有2站，冬季有1站、秋季有3站達到顯著性檢驗。根據(jù)季平均地溫的變化趨勢分析，發(fā)現(xiàn)大部分站四季深層地溫呈升高趨勢，各地層夏季升幅最大，冬季最小，值得注意的是格爾木、瑪多冬季0．8m深度地溫呈較顯著的降低趨勢，原因有待分析;夏季、秋季以瑪多升幅為最大，德令哈以春季升溫最明顯，剛察以冬季升溫幅度最突出。

2．3深層地溫的年代際變化特點由圖2可見，近30年青海各層年平均地溫大部站點呈逐年代升高趨勢，3個地層年平均地溫距平最高值出現(xiàn)在21世紀以來;最低值出現(xiàn)在20世紀80年代。80年代各層最高值均出現(xiàn)在格爾木站，21世紀以來各層均以瑪多最高。各地層20世紀80年代各站均為負距平，90年代距平有正有負，21世紀以來均為正距平;21世紀以來與80年代比較，各站升幅0．8m在0～1．3℃、1．6m在0～1．4℃、3．2m在0～1．2℃，瑪多升幅最大，格爾木最小。分析青海各站0．8～3．2m地層年平均地溫的變化發(fā)現(xiàn)，有7站地溫顯著升高。由青海省瑪多和西寧2個代表站年平均地溫的變化(圖3)可見，瑪多升溫幅度達0．64℃/10a，西寧站年平均地溫的變化呈下降趨勢，近20年(1991～2010年)德令哈升溫幅度更明顯，為0．74℃/10a。

2．4深層地溫變化的突變特征

2．4．1年際突變特點。根據(jù)累積距平和信噪比等方法計算青海1981～2010年8站0．8、1．6、3．2m深層地溫氣候突變年份，經(jīng)檢驗有5站發(fā)生了突變，且3個地層均有4站發(fā)生了突變。大部站點各層均在20世紀90年生了突變，德令哈0．8、1．6m地層突變出現(xiàn)在1993年，3．2m出現(xiàn)在1989年;剛察3個地層突變發(fā)生在1990年;瑪多3個地層以及治0．8、3．2m在1997年發(fā)生了突變;達日1．6m層突變出現(xiàn)在1998年(表2)。年際突變表明了青海各地層升溫的趨勢是十分顯著的，從地域分布來看，地處柴達木盆地的德令哈、環(huán)青海湖地區(qū)的剛察各深層地溫的突變明顯早于位于青南的瑪多、達日和久治。可見，青海不同地層深層地溫年際突變時間絕大部站點均發(fā)生在20世紀90年代中后期，而青藏高原年平均氣溫此時也發(fā)生了氣候突變［12］，各站不同地層深層地溫發(fā)生了一個由相對偏冷期躍變?yōu)橄鄬ζ诘臍夂蛲蛔儸F(xiàn)象。

2．4．2季節(jié)突變特點。根據(jù)累積距平和信噪比等方法計算得到德令哈、剛察、格爾木、瑪多等8站0．8、1．6、3．2m深層地溫不同季節(jié)的氣候突變年份(表3)，經(jīng)檢驗有7站發(fā)生了突變，近30年春季德令哈3．2m突變年份出現(xiàn)在1987年，1．6m出現(xiàn)在1991年，0．8m出現(xiàn)在1993年;剛察、瑪多3．2m，瑪多、久治0．8m，河南、久治1．6m突變出現(xiàn)在1997年;達日1．6m、久治3．2m在1998年發(fā)生了突變。夏季格爾木0．8、1．6m在1986年發(fā)生了突變;德令哈1987年3．2m發(fā)生了突變，0．8、1．6m在1989年出現(xiàn)了突變;瑪多、久治1997年3個地層發(fā)生了突變。秋季格爾木1．6、3．2m在1986年，德令哈3．2m在1989年發(fā)生了突變;剛察3個地層1993年，瑪多1．6、3．2m在1997年也發(fā)生了突變。冬季久治0．8m在1986年，德令哈1．6、3．2m在1993年發(fā)生突變;剛察1．6、

3．2m以及瑪多3．2m突變出現(xiàn)在1997年;達日1．6m在1998年發(fā)生了突變。西寧深層地溫四季沒有發(fā)生突變現(xiàn)象。青海大部分站在四季均發(fā)生了突變現(xiàn)象，突變年份四季均出現(xiàn)在20世紀80年代中期和90年代中后期。由此可見，青海不同季節(jié)深層地溫突變時間絕大部站點均發(fā)生在20世紀90年代中后期，各站不同季節(jié)深層地溫發(fā)生了一個由相對偏冷期躍變?yōu)橄鄬ζ诘臍夂蛲蛔儸F(xiàn)象。

2．5深層地溫與氣溫、降水、凍土深度的關(guān)系

2．5．1深層地溫與氣溫的關(guān)系。近30年青海年平均氣溫總體呈上升趨勢，氣候傾向率在0．17～0．69℃/10a(有6站P＜0．05)，格爾木升溫幅度最大，在20世紀80年代中期2．5．3深層地溫與凍土深度的關(guān)系。近30年來青藏高原多年凍土區(qū)的氣候變化總的趨勢是向著氣溫升高的方向發(fā)展，氣溫的變化對多年凍土熱狀況的擾動主要表現(xiàn)在地溫場的變化上。30多年高原氣溫升高0．45℃左右，并引起凍土地溫平均升高了0．2～0．3℃。通過對青海8個觀測站最大凍土深度的氣候傾向率分析，近30年除西寧站以外其他各站最大凍土深度呈顯著的減小趨勢，變化值在8．92～－29．56cm/10a(有5站P＜0．05)，剛察減幅最大。青海1981～2010年平均凍土深度變化趨勢呈顯著的減小趨勢，為9．03cm/10a(圖4)。這說明近30年青海高原深層地溫呈明顯的上升趨勢與最大凍土深度呈顯著的減小趨勢關(guān)系密切后各站點氣溫開始上升，一直持續(xù)到2010年。與同時期平均氣溫的增溫幅度比較，絕大多數(shù)站深層地溫的增幅明顯偏小。近30年來8站0．8、1．6、3．2m深層地溫與同期年平均氣溫的相關(guān)分析表明(表4)，氣溫與深層地溫呈明顯的正相關(guān)，除格爾木以外，其余各站均通過了顯著性檢驗水平，說明氣溫對深層地溫的影響作用明顯，深層地溫受氣溫升高的影響也呈升高趨勢。此外，有6站隨著深度的增加氣溫與地溫的相關(guān)性也在降低。

2．5．2深層地溫與降水的關(guān)系。青海省屬典型的高原大陸性氣候，氣候相當干燥，暖濕氣流很難到達，一年四季降水量均很小，年降水量在50．0～450．0mm，集中于5～9月份，從東南向西北遞減，且降水多夜雨。分析1981～2010年青海歷年降水量變化發(fā)現(xiàn)，20世紀80年代以來有6站降水量呈增加趨勢，8站降水量變化值在－32．38～30．69mm/10a，西寧降水量增加最明顯，久治降水量減少最顯著。對年降水量與深層年平均地溫相關(guān)性的分析表明(表5)，剛察、西寧3個地層以及河南1．6和3．2m深層地溫與降水量均表現(xiàn)為負相關(guān)，其他各站不同層次均表現(xiàn)為正相關(guān)，但相關(guān)性均不明顯，均未通過顯著性檢驗，表明青海降水量對深層地溫影響不太顯著;而格爾木、瑪多、達日、久治4站各地層年平均地溫與降水似乎表現(xiàn)為較明顯的正相關(guān)，這主要是與高原降水的天氣特征有關(guān)系，特別是夏季氣溫越高其降水過程強度越大，降水量增加有關(guān)。分析青海8站最大凍土深度與深層0．8、1．6、3．2m年平均地溫相關(guān)性(表6)發(fā)現(xiàn)，8站均為負相關(guān)，0．8、1．6、3．2m相關(guān)系數(shù)分別在－0．842、－0．848、－0．854以上，其中年最大凍土與0．8m年平均地溫負相關(guān)系數(shù)最大，說明深層地溫受凍土深度減小的影響也呈升高趨勢。此外隨著深度的增加，大部分站點凍土深度與地溫的相關(guān)性也在降低。

3結(jié)論與討論

(1)近30年青海0．8m深層地溫年內(nèi)最高值出現(xiàn)在8月，1．6m最高出現(xiàn)在8、9月，3．2m最高出現(xiàn)在9、10月;0．8m深層地溫最低值出現(xiàn)在1、2月，1．6m最低值出現(xiàn)在2、3月，3．2m最低出現(xiàn)在3、4月。隨著深度的增加平均地溫的年內(nèi)最高、最低值出現(xiàn)時間基本上推后1個月，年內(nèi)振幅也趨于減小。春、夏季平均地溫變化幅度隨深度增加逐步減小，表明熱量由淺層向深層傳遞，是積蓄能量的過程;秋、冬季平均地溫變化幅度隨深度增加而明顯增大，表明熱量由深層向淺層傳遞，是釋放能量的過程。

(2)近30年青海0．8、1．6、3．2m土層年平均地溫均表現(xiàn)為不同程度的上升趨勢，特別是近20年位于青南地區(qū)的瑪多、達日、河南、久治各層以0．69～0．82℃/10a的速率顯著升高，黃河源區(qū)的瑪多站升幅最大。各地層年平均升溫率隨著深度的增加而減小。青海絕大部站點四季深層地溫均呈顯著升高趨勢，夏季升幅最大，冬季最小。

(3)近30年青海年、季深層地溫突變時間絕大部站點發(fā)生在20世紀90年代中后期，各站不同季節(jié)和年平均深層地溫發(fā)生了一個由相對偏冷期躍變?yōu)橄鄬ζ诘臍夂蛲蛔儸F(xiàn)象。

(4)近30年青海年平均氣溫與各地層地溫均為正相關(guān)，與降水量的相關(guān)性不明顯，凍土深度與各地層地溫均為負相關(guān)。大部分站點隨著深度的增加，氣溫與地溫的相關(guān)性在降低;深層地溫受凍土深度減小的影響也呈升高趨勢，此外隨著深度的增加，大部分站點凍土深度與地溫的相關(guān)性也在降低。

(5)青海高原東部的西寧站年、季平均地溫表現(xiàn)為明顯的降低趨勢，與氣溫變化趨勢相反。主要與20世紀90年代中期該站點遷址有關(guān)，原站址地勢高、地下水位較低，現(xiàn)址地下水位較高、土壤較為濕潤;二是由于近30年日照時數(shù)明顯減少、降水量增加，從而影響土壤熱量的傳輸。而青海其他大部分站點年、季平均地溫均呈現(xiàn)顯著的升高趨勢，這與同時期平均氣溫明顯增溫一致。但與同時期平均氣溫的增溫幅度比較，絕大多數(shù)站深層地溫的增幅明顯偏小。

作者：張煥平張占峰汪青春單位：青海省氣象信息中心中國大氣本底基準觀象臺青海省氣候中心