地面温度与气温关系的统计分析

第２５卷第３期中国农业气象２００４年８月

地面温度与气温关系的统计分析。

姜会飞．廖树华．叶尔克江．阿帕尔

（中国农业大学资源环境学院，北京１０００９４）摘要：运用气象统计学和气候学的原理和方法，分析北京市海淀地面气象观测站１９＇３５—１９孵年的逐日平均气温

资料和１９８１—１９９９年逐日地面温度资料，建立了以气温为基础的地温预测模型，并探索地气温差的年变化规律。结果表明：夏半年地面平均温度高于气温，冬半年相反；农作物生长季（３—１０月）平均地气温差为２．０＇Ｅ，年平均地气温差Ｏ．９℃；地气温差６月中旬最大，为４．９＂Ｃ，１２月下旬最小，为一２．７℃，与辐射的最大值及最小值出

现时间基本—致。用地温预测模型估算１９９９年作物生长季逐日地温，相对误差＜２．９％。

关键词：地气温差；保证率；生长季

在农业生产和科学研究中，经常用到地温资料。

地温不仅影响种子发芽和出苗、作物根系生长发育

和土壤微生物的活动，还会影响土壤水肥运动。作

物生长模型是目前较为流行的农业生产管理模型之

一，其中一部分内容需用土温模拟作物根系发育以

及对土壤水分和养分的吸收。对于种子发芽出苗、

根系生长和作物苗期，以地温分析作物生育动态往

往比用气温的效果更好。目前获取地温的唯一途径

就是实地观测。在野外或农业试验研究中，相对于

气温观测或资料获取，地温资料更加复杂而烦琐。

６地温与近地面层的气温有直接的依赖关系。如果能

用通风干湿表观测得到的气温估算地温，或利用中

长期天气预报的气温准确地估算地温，对于调整农

业结构、合理安排播期、预测作物生长发育和科学防

灾减灾等农业生产管理实践活动提供理论指导，将

具有重要的实践意义。

１地气温差的年变化

北京市海淀地面气象观测站地处北京西北角，

１９＂／４年前为水稻田，土壤为黑粘土。

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洲乃３吖４日嚣阴：２吖８２７～

图１多年平均地气温差年变化图（１９８１—１９９８年）

从１９８１—１９９８年平均情况来看：３月７日至１０

月１３日期间，地温恒定大于气温，即地气温差＞

Ｏ℃；１０月２２日至２月２１日期间，地温恒定小于气

温，即地气温差＜０＇Ｅ。但２月２２日至３月６日期间

和１０月１４日至１０月２１Ｅｌ期间，则出现地温有时大于气温有时小于气温的波动情况。这可能与统计的

资料年代短随机误差较大有关。

用五日滑动平均法滤去随机波动，分别求得

１９８１—１９９８年各年稳定通过日平均地温大于气温的

初始日期和终止Ｅｌ期，列表如下。

·收稿日期：２００３—０７一∞作者简介：姜会飞（１９７０一），女，湖南平江人，副教授，在读博士，从事作物生长模拟和国外农业数据信息系统等研究。

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　万方数据表１１９８１—１９９９年稳定通过地温大于气温的２）。初始和终止日期表２北京海淀稳定通过地气温差≥０℃的

＊日序：１月１日计为１，依次类推。

依据上述数据分别求算北京海淀区稳定通过地

气温差≥Ｏ。Ｃ的初始和终止日期及其保证率（见表初始日期和终止日期及其保证率

农业生产中保证率达到∞％，可基本满足生产

需要。而北京地区３月２２日至９月２２日就是春分

至秋分的时段，也就是我们常说的夏半年。因此可

以认为：北京海淀地区夏半年地温大于气温，而冬半

年则地温小于气温。地气温差为正的时期要长于为

负的时期，表明在北京平原地区，地表对大气的加热

作用大于冷却作用，以向大气输送热量居主导地位。

２地气温差极值及其出现的时间

１９８１—１９９９年地温、气温月平均值及地气温差

见表３。从多年平均情况来看，作物生长季（３—１０

月）地温和气温都大于ＯｏＣ，且地温高于气温，平均地

气温差２．０℃。日均地温最高值出现在７月３１日，

日均气温最高值出现在７月２２日。日均地温最低值

出现在１月１９日，日均气温最低值出现在１月１３

日。地气温差最大正值出现在６月中旬，最小负值

则出现在１２月下旬，都比地温和气温最高值或最低

值出现的时间提前。

表３１９８１—１９９８年地气温差多年月平均值（℃）

这是因为夏半年地面净辐射能为正值，地温和

气温随之不断升高，地表把获得能量的一部分向下

传输并贮存到土壤中，使地温最高值出现的时间滞

后。而冬半年地面净辐射能为负，存贮在土壤中的

能量也会往上传输到地表，使地面温度最低值出现

的时间推迟。

从地温与气温的月变幅看：地温５月至６月升

高了４．Ｉ。Ｃ，６月至７月只升高０．１０Ｃ；气温５月至６

月的月增幅４．２℃，６月至７月月增幅１．５０Ｃ。虽然从

５月份至７月份地温和气温都在增高，但随时间的推移增幅在下降，并且地温的增幅明显低于气温。同

样在１１月至１月份，地温的降幅明显低于气温。由

·２·于土壤贮存热量的原因，使地气温差最大值比地温

与气温最高值出现的时间滞后，而地气温差最小值

比地温与气温最低值出现的时间提前（表４）。

表４１９８１—１９９８年平均地气温差极值、平均值及

出现的日期（℃，日，月）

　万方数据３地温与气温关系模型

利用北京市海淀地面气象站１９８１—１９９９年的逐

日平均气温资料和逐日平均地温资料，建立１９８１～

１９９８年多年平均逐日地气温和多年平均月平均地气

温序列。应用统计回归方法建立地气温关系模型，

见图２、图３。

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２５

１５

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—５５１５２５３５月平均气温（℃）

图２多年平均月均地气温关系

（１９８１—１９９８年）

一５０５１０１５２０２５３０日均气温（℃）

图３多年平均日均地气温关系图

（１９８１—１９９８年）

从１９８１．１９９８年多年平均的日平均地温与日平

均气温回归建立的逐日地气温模拟方程为：Ｔ－＝

１．１５８８×Ｔ－一１．１４１６，砰＝０．９９３２。式中Ｔ．为地温，ＴＩ

为气温。从１９８１．１９９８年多年平均的月平均地气温

资料建立的逐月地气温模拟方程为：Ｔ．＝１．１５９３×ＴＩ

一１．１４３８，Ｒ２＝０．９９４１。逐日回归和逐月回归得到的方程都是直线型，

回归系数相近，且斜率大于零，说明地温与气温呈正

相关关系。相关系数Ｒ＞ｏ．９９，并通过ｏ．００１信度显

著性检验。

４地气温模型检验

比较分析农作物生长季和作物活跃生长季地温实测值和预测值的差异，以检验模型的实用性。

农作物生长季是指日均气温≥Ｏ℃持续的时间，

农作物活跃生长季是指日均气温≥１０℃持续的时

间。下面分别求得１９５５—１９９８年稳定通过日均气温

≥ｏ℃和日均气温≥１０℃的初始日期和终止日期，并

求算不同保证率对应的日期。

表５北京市海淀区稳定通过０＂Ｃ和１０＊Ｃ的初终日期及保证率

３月８日１１月２０日４月１１日１０月１８１５１蜘

（醴）（３２５）（ｔ０２）（２９２）（醴）３月１６日１１月１０日４月２８日１０月５１５１１懈（（１１９（２７９）３１５）１１９）（７６）（

（注：海淀气象站１９７４年建成，１９５５—１９７３年资料由西郊其

他气象站资料订正获得。）运用逐Ｅｌ地气温模拟方程和１９９９年逐日气温

资料预测１９９９年地温，计算实测值和预测值的误

差，并列表如下：

表６１９９９年农作物生长季地温预测结果分析

时期保证率时段实测平均平均绝对平均相（１５ｔ，月）地温（℃）误差（℃）对误差

结果表明：作物生长季和农作物活跃生长季地

温实测值与估算值平均误差最大为０．６℃，仅为实测

地温的２．９％，说明预测效果是很不错的，可以满足

农业生产实践的需要。

５结论

北京市海淀气象站的资料统计分析表明：夏半

年日平均地温一般要高于气温，说明地表对大气有

加热作用，为热源。冬半年则气温一般要高于地温，

说明地表对大气有冷却作用，为热汇。地气温差的

最大值出现在６月中旬，最小值出现在１２月下旬；日

平均地温和气温之间有着很好的相关性，地气温模

拟模型为正相关线性方程，相关系数高达Ｏ．９９以

上，方程通过显著性检验；在作物生长季，地温实测

值与预测值之间的误差较小，平均相对误差小于

２．９％，而在农作物活跃生长季，效果更好，平均相对

３∞

∞

加

ｍ

Ｏ

ｍ

　万方数据误差小于１．５％。因此，用地气温模拟模型来预测和

估算地温在一般情况下可以满足农业生产和试验研

究的需要。

６讨论

本文仅讨论了日平均地温与日平均气温的气候

学统计规律，可用于仅有气温资料，又需要估算地温

的情况。但在具体的不同天气条件下，地温与气温

的关系有可能出现种种复杂情况，如大风、降雨、下

雪、有雾等，在讨论这些特殊天气下的地温时，不可

简单运用前述统计关系以计算值替代实际观测值。关于日地表最低温度、地表最高温度、地中温度与最

低气温、最高气温的关系，有待今后进一步研究。

参考文献：

［１］段若溪，姜会飞．农业气象学［Ｍ］．北京：气象出版社，

２００２．［２］李有，董中强，郑敬刚．地气温差模拟与地温估算研究［Ｊ］．中国农业气象，２００２，２２（３）．［３］魏淑秋．农业气象统计［Ｍ］．福州：福建科学技术出版社，１９８５．

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