地温是地-气系统的重要成员之一，是地面温度和不同深度的土壤温度的统称[1]。地温的高低反映了下垫面的性质，是衡量地表土壤热能的物理量。地温的变化比气温的变化更具有保守性和滞后性，对大气环流和气候变化有重要影响[2]，是引起不同尺度气候和环境变化的重要成因[3]。地温的变化通过影响陆-气系统之间物质与能量的收支平衡而引起下垫面发生变化，对地区生态系统的结构和功能产生重要影响[4]。研究地温的变化特征有助于揭示地温对农业生产和生态环境的影响[5]，在气候变化、城市热岛效应、水文学、生态学、生态化学等研究中具有重要的意义[6]。

近年来，国内已有专家和学者对地面温度[7,8,9,10,11,12]和不同深度的土壤温度[13,14,15,16,17]的变化特征进行了深入研究和探讨。有研究指出：近50年，全国年平均地温的年代际变化大致经历了下降、相对气候冷期及上升等阶段，且地温的区域变化特征显著，20世纪90年代后东北地区地温增温最显著，西南东部地区地温下降趋势明显[7]；青藏高原东北部地温呈降温趋势，南部呈增温趋势，高原主体和西部具有高—低—高的抛物线型变化趋势[8]；贾金明等[9]对濮阳市的地温研究表明濮阳市年平均地温和平均最高地温呈逐年递减趋势，平均最低地温呈逐年递增趋势，日照时数减少，地面受太阳直接辐射减少，是地面温度趋降的直接原因，空气湿度和降水量趋增、空气污染加重等要素的变化，是地温趋降的间接原因；曲静等[10]研究表明西安各层年、季平均地温除夏季各浅层呈降温趋势外其余均为升温趋势，气温的变化是影响地温变化的主要因素；山东德州[11]、菏泽[12]的两地的地表温均呈增温趋势。

山东省寿光市是全国闻名的“蔬菜之乡”，在全球气候变暖的大背景下，该地气候也发生了一系列的变化[18,19,20,21]，并产生了一定的影响[22]。那么，寿光的地温发生了怎样变化？目前，虽有过相关研究[23]，因研究数据系列短，方法单一，参考价值不大。故本研究拟再次利用现代气候学诊断方法，对寿光市1961—2017年地表温度的变化特征及其影响因子进行更深入的研究和分析，旨在为区域气候变化研究提供决策依据，为合理利用气候资源提供科学借鉴。

1、资料与方法

1.1资料来源

选用寿光国家气象观测站(118°48'E,36°52'N,23.4m)1961—2017年逐日0cm平均地温、平均最高地温、平均最低地温及气温、日照时数、降水量和水汽压等相关气象资料进行统计分析。按12月—翌年2月为冬季，3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季进行季节划分。

1.2分析方法

数据处理及分析采用DPS19.0数据处理系统和Excel2007软件完成，采用线性回归分析[24]对地温进行年、季变化趋势分析，并对趋势系数进行显著性检验；利用累积距平法[25]对地温及地气温差进行突变检测；通过计算相关系数，分析地温与相关气象因子的关联程度。

2、结果与分析

2.1平均地面温度变化特征分析

寿光市1961—2017年平均地面温度为15.4℃，比寿光市年平均气温[18]高2.5℃，其中年平均地温最高值为17.0℃（2017年），最低值为13.5℃（1974年）。从图1可以看出，寿光市1961—2017年平均地面温度呈显著增温趋势，平均每10年升高约0.27℃（通过了α=0.01的显著性检验），低于寿光市平均气温的增温幅度(0.41℃/10a)[18],57年间寿光市平均地面温度升高约1.5℃。从表1可以看出，年平均地温的季节性变化趋势差异较大，冬季升温趋势最显著，夏季升温趋势不明显，四季增温幅度从大到小依次是：冬季(0.51℃/10a)、春季(0.39℃/10a)、秋季(0.25℃/10a)、夏季(0.06℃/10a)。通过分析发现寿光平均地温的季节性变化规律这与寿光平均气温的季节性变化规律是一致的[18]，这也说明平均地温的升高主要得益于冬、春季地温的升高。

图1寿光市1961—2017年平均地面温度变化趋势

表1寿光市1961—2017年地温及地气温差变化趋势

注：*、**分别表示通过α=0.05、α=0.01的显著性检验。下同。

从图1和表2可以看出，寿光年平均地面温度的年代际变化自1970s开始呈“阶梯状”升温趋势，年代际低值出现在1970s，年代际高值出现在2010s，其中1990s之前平均地温在距平值以下，1990s至今平均地温均在距平值以上。

表2寿光市地温及地气温差的年代际平均及距平

2.2平均地面最高温度变化特征分析

寿光市近1961—2017年平均地面最高温度为30.8℃，最高值为34.5℃（1989年），最低值为26.4℃（1964年）。从图2可以看出，寿光市年平均地面最高温度呈显著增温趋势，平均每10年升高约0.31℃（通过了α=0.05的显著性检验），较平均最高气温的增温率[18](0.24℃/10a)略高，57年间寿光市平均地面最高温度升高约1.8℃。从表1看出，四季中年平均最高地温均呈升温趋势，但只有春季升温趋势显著，升温幅度为：0.80℃/10a，这表明寿光地面平均最高温度的升高主要得益于春季最高地温的升高。

图2寿光市1961—2017年平均地面最高温度变化趋势

从图2和表2可以看出，寿光年平均地面最高温度的年代际变化波动不明显，年代际低值出现在1970s，年代际高值出现在1980s，其中1960s、1970s和1990s的平均最高地温均为负距平，其他年代平均最高地温均在距平值以上。

2.3平均地面最低温度变化特征分析

寿光市1961—2017年平均地面最低温度为6.6℃，最高值为8.8℃（2015年），最低值为4.7℃（1972年）。从图3可以看出，寿光市平均地面最低温度呈显著升温趋势，增温幅度为0.54℃/10a通（过了α=0.01的显著性检验），略低于寿光平均最低气温的增温率(0.59℃/10a)[18],57年间寿光市平均地面最低温度升高约3.1℃。从表1看出，寿光年平均最低地温的四季变化趋势均呈极显著升温趋势，增温幅度由大到小依次是：冬季(0.89℃/10a)、春季(0.56℃/10a)、秋季(0.47℃/10a)、夏季(0.30℃/10a)，由此表明寿光地面最低温度的显著升高是导致寿光地面温度显著升高的原因之一。

从图3和表2可以看出，寿光年平均最低地温的年代际变化趋势与平均地温的年代际变化趋势大致相同，即自1970s开始呈“阶梯状”上升趋势，年代际低值出现在1970s，年代际高值出现在2010s,1990s之前平均最低地温在距平值以下，1990s至今平均最低地温均在距平值以上。

图3寿光市1961—2017年平均地面最低温度变化趋势

2.4地气温差变化特征分析

寿光市1961—2017年平均地气温差为2.3℃，最高值为3.6℃（1972年），最低值为1.3℃（2008年）。从表1和图4可以看出，寿光市年平均地气温差呈显著递减趋势，平均递减幅度0.16℃/10a（通过了α=0.01的显著性检验），这与上述分析中寿光平均地温的增温幅度低于平均气温的增温幅度的结论是一致的。从表1可以看出，寿光年平均地气温差的季节性变化趋势均不明显，除春季外其他季节均呈微递减趋势。

从图4和表2可以看出，寿光年平均地气温差的年代际变化大致亦呈阶梯状下降趋势，年代际低值出现在2000s，年代际“高值出现在1960s，其中1960s、1980s的平均地气温差在距平值以上，其余年代均低于距平值。

图4寿光市1961—2017年地气温差变化曲线

2.5突变特征分析

本研究利用累积距平曲线的变化作气候趋势分析，在累积距平值中，绝对值出现极大值时，所对应的年份则大致确定是突变年份。从图5可以看出，年平均地温的的累积距平变化曲线波动较大，1961—1996年距平值大致呈下降趋势，1997—2017年距平值大致呈上升趋势，1996年平均地温的距平值的绝对值为极大值，故可大致确定1996年为平均地温的突变年份，突变前后的平均地温相差1.0℃。同理，平均最低地温的突变年份可大致确定为1993年，突变前后的平均值相差1.9℃；平均最高地温的突变年份可大致确定为1980年，突变前后的平均值相差1.5℃。由图6可以看出，地气温差的突变年份大致确定为1989年。

综合上述分析和地温的年代际变化趋势，说明了寿光地温在90年代初期经历了一场由冷到暖的突变。

图5寿光市1961—2017年平均地温及最高、最低累积距平变化曲线

图61961—2017年寿光市地气温差累积距平变化曲线

2.6地温的主要影响因素分析

2.6.1地面温度与日照时数相关分析

地面温度变化的主要能量来源是太阳辐射，其中日照时数的多少，是影响地温的重要因素。已有的研究表明，寿光市年日照时数呈显著减少趋势，气候倾向率为-66.15h/10a[19]，那么日照时数的减少与寿光地温变化有何相关？由表3可以看出，寿光年日照时数与年平均地温呈弱负相关，与年平均最高地温呈弱正相关，与年平均最低地温呈极显著负相关，相关系数达0.592（通过了α=0.01的显著性检验）。从日照时数与各月平均地温的相关性看，1、2、11、12月均呈负相关，其中1月、12月负相关显著，相关系数分别达0.348、0.486；其余月份均呈正相关，其中3—8月相关性显著，相关系数在0.334～0.620之间。各月日照时数与平均最高地温均呈极显著正相关，相关系数在0.375～0.719之间；各月日照时数与平均最低地温均呈负相关，相关系数在0.105～0.724之间。

表3寿光市1961—2017年寿光地面温度与同期气象因子相关系数

2.6.2地面温度与降水量相关分析

因为降水量的多少影响土壤的干湿程度，土壤的干湿进而影响地温的高低。已有的研究表明寿光市降水量总体呈不显著略减少趋势，平均每10年减少12.50mm[20]。那么，寿光降水量的减少与寿光地温的变化有何相关？从表3可以看出，年降水量与年平均地温呈显著负相关（通过了α=0.01的显著性检验），相关系数为0.377，从各月降水量与各月平均地温的相关性看，除1—2月、11—12月呈弱正相关外，其余月份均呈显著负相关，相关系数为0.263～0.673；月、年降水量与月、年最高地温均呈显著负相关（均通过了α=0.01的显著性检验），年相关系数为0.669，月相关系数为0.445～0.773；年降水量与年平均最低地温呈弱正相关，从各月降水量与各月平均最低地温的相关性看，除7月、5月呈弱负相关外，其余月份均呈正相关，其中1月、2月通过了α=0.05的显著性检验,11月、12月通过了α=0.01的显著性检验。

2.6.3地面温度与水汽压相关分析

地温的高低与空气中的水汽密切相关，因为在空气中水汽是最活跃的成分之一，它对太阳的直接辐射有一定的吸收、反折射作用，对地面的长波辐射也有较强的吸收作用，同时将吸收到的热量以逆辐射的形式向地面传递。有研究表明，寿光市平均水汽压呈不显著减少趋势，气候倾向率为-0.03hpa/10a[19]。由表3可以看出，寿光市年平均水汽压与年平均地温呈弱正相关，与年平均最高地温呈弱负相关，与年平均最低地温呈极显著正相关，相关系数为0.365（通过了α=0.01的显著性检验）。从各月水汽压与平均地温的相关性看，除5月、6月、7月呈负相关，其余月份均呈正相关，其中12月份相关性最显著（通过了α=0.01的显著性检验），相关系数达0.835；各月水汽压与平均最高地温均呈负相关，其中6月份相关性最显著（通过了α=0.01的显著性检验），相关系数为0.456；各月水汽压与平均最低地温均呈正相关，除5月外相关性均显著，相关系数达0.349～0.836。

3、结论

（1）寿光市1961—2017年平均地面温度、平均最高地温和平均最低地温均呈显著升温趋势，升温幅度分别为0.27℃/10a、0.31℃/10a、0.54℃/10a；因平均地温的增温幅度低于平均气温的增温幅度，平均地气温差呈极显著递减趋势，递减幅度0.16℃/10a，地气温差的季节性变化不明显。

（2）四季中，平均地面温度、平均最高地温和平均最低地温均呈增温趋势，但季节性增幅差异较大。一年中，平均地温和平均最低气温在冬季增温趋势最显著，其次是春季、秋季和夏季，平均最高气温在春季增温趋势最显著，其他季节不明显。这表明冬、春季地温的升高和最低地温显著升高是引起寿光地温升高的原因之一。

（3）年平均地温年代际变化趋势与平均最低地温的变化趋势基本一致，即自1970s开始呈“阶梯状”升温趋势，平均最高地温的年代际变化趋势不明显，地气温差的年代际变化大致亦呈阶梯状下降趋势。

（4）通过地温的突变检测和地温的年代际变化特征分析，发现寿光地温在20世纪90年代初期经历了一场由冷到暖的突变。

（5）寿光年平均地温和年平均最高气温的变化与年降水量的关联性较强，与年日照时数和年平均水汽压的相关性较弱；年平均最低地温与年日照时数和年平均水汽压的关联性较强，与年降水量的相关性较弱。表明寿光降水量和日照的减少，水汽压的降低是引起寿光地温升高的重要气象因素。

4、讨论

寿光市地表温度总体呈升温趋势，此结论与多数参考文献的研究结论一致。本研究分析了地温的变化与日照时数、降水量和水汽压等气象因子之间的关系，对探究地温的变化原因有一定的参考意义，但存在一定的局限性，因为影响地温的因素远不止这些，更多原因还需要进一步的探讨和研究。

参考文献：

[1]王强.综合气象观测（上）[M].北京:气象出版社,2012.

[2]李崇银.气候动力学引论[M].北京:气象出版社,1995.

[3]张慧智,史学正,于东升,等.中国土壤温度的季节性变化及其区域分异研究[J].土壤学报,2009,46(2):227-234.

[4]管延龙,王让会,李成,等.天山北麓1963—2010年0cm最高与最低地表温度变化特征[J].干旱气象,2015,33(4):587-594.

[5]周绍毅,劳炜,苏志,等.1961—2010年广西浅层地温变化特征[J].西南农业学报,2012,25(4):1372-1375.

[6]李峰,曹张驰,赵红,等.基于FY-3/VIRR数据的山东省地表温度反演及应用研究[J].中国农学通报,2015,31(28):195-200.

[7]陆晓波,徐海明,孙丞虎,等.中国近50a地温的变化特征[J].南京气象学院学报,2006,29(5):706-712.

[8]建军,余锦华,达琼.近30年青藏高原年平均0cm地温的分布和变化特征[J].气象,2006,32(2):64-69.

[9]贾金明,朱腾冉,王惠芳,等.濮阳市0cm地温变化特征及成因分析[J].气象科技,2009,37(3):330-335.

[10]曲静,王昱,张弘.近51年西安地温变化变化特征[J].气象科技,2009,37(3):330-335.

[11]陈成国,石慧兰,王桂兰,等.1961—2010年德州市地温变化特征[J].辽宁气象,2012(1):86-89.

[12]窦坤,黄玉芳,丁媛媛,等.1961~2013年菏泽0cm地温变化特征及成因分析[J].中国农业资源与区划,2016,37(6):63-69.

[13]贾效禄,杨青,赵勇,等.近50a乌鲁木齐市的深层地温特征[J].干旱气象,2011,29(2):201-204.

[14]高振荣,李红英,曹淑超,等.近50a河西走廊地区深层地温变化及突变分析[J].干旱区地理,2013,36(6):1006-1011.

[15]阿布都克日木·阿巴司,麦合布热提·买买提依明,努尔帕提曼·买买提热依木,等.新疆喀什市深层地温的变化特征分析[J].中国农业气象,2014,35(3):237-242.

[16]杜军,胡军杨勇,拉巴,等.近45年拉萨深层地温变化趋势分析[J].应用气象学报,2008,19(1):96-100.

[17]高学芹,袁静.1980—2014年潍坊市深层地温对气候变化的响应[J].中国农学通报,2015,31(28):201-206.

[18]高学芹,王秀丽.寿光市近50年气温变化特征[J].安徽农业科学,2014,42(43):7934-7936.

[19]高学芹,高建英.寿光市日照时数变化特征及其影响因子分析[J].中国农学通报,2016,32(20):141-146.

[20]高学芹,高建英,张娜.寿光市近56年降水量及雨日雨强变化特征分析[J].中国农学通报,2016,32(23):106-112.

[21]徐桂华,高学芹,袁静,等.寿光市近56年气温日较差变化特征分析[J].农学学报,2016,6(9):52-56.

[22]高学芹.寿光市气候变化对当地农业生产的影响浅析[J].安徽农业科学,2015,43(6):224-226.

[23]高学芹.寿光市地温与气温对气候变化的响应比较[J].安徽农学通报,2013,19(19):137-139.

[24]魏凤英.现代气候统计诊断与预测技术[M].北京:气象出版社,2007:36-39.

[25]黄嘉佑.第三讲气候状态变化趋势与突变分析[J].气象,1995,21(7):54-57.

高学芹,张珊,常成,徐凤霞.寿光市1961—2017年地表温度变化特征及成因分析[J].中国农学通报,2020,36(14):113-118.

基金：潍坊市气象局气象科学技术研究项目“寿光近55年初、终霜日、无霜期变化特征及对农业的影响研究”(2017wfqxkt07).