[科普中国]-土壤温度时空变化

简介

土壤温度的时空变化，主要原因是到达地面的太阳辐射的周期性变化。土壤温度有日变化和年变化两种。对于土壤温度的日变化，观测表明，一天中，土壤表面的最高温度一般出现在13时左右，落后于太阳辐射最大值出现的正午。将近日出时，出现一天的最低温度。土壤表面温度的年变化，主要取决于太阳辐射能的年变化。一般最高温出现在7月；月平均最低温度出现在1月。对于空间的变化，土壤温度年较差随纬度增高而增大。1

日变化一天中，土壤温度随时间和空间的变化，称为土壤温度的日空变化。观测表明，一天中，土壤表面的最高温度一般出现在13时左右，落后于太阳辐射最大值出现的正午。因为正午以后，虽然太阳辐射逐渐减弱，但土壤表面吸收的太阳辐射能仍大于其由长波辐射、分子传导、蒸发等方式所支出的热量，即土壤表面的热量收支差额仍为正值，所以温度仍继续上升，直到13时左右，热量收支达到平衡，土壤表面热量累积达到最大，出现最高温度。此后，土壤表面得热少于失热，温度逐渐下降，至次日将近日出时，热量收支再次达到平衡，热量累积值最小，出现一天的最低温度。一天中土壤温度最高值与最低值之差为土壤温度日较差，指的是一天中温度的变幅，也可称为日变幅。地表作为土体的热源和热汇，是土壤中温度变化最大的一层。从图中可以看出，随着土壤深度增加，温度变幅逐渐减小，土深0.8m处温度的日变幅几乎为0。1

影响土壤表面温度日较差的主要因子（1）太阳高度角。是影响土壤表面温度的最主要最基本的因子。凡正午时刻太阳高度角大的季节和地区，因太阳辐射的日变化大，土壤表面温度日较差就大。一般正午太阳高度角随纬度的增高而减小，所以土壤表面温度日较差也随纬度的增高而减小。由于中纬度地区，正午太阳高度随季节的变化较大，因此，该地区土壤表面温度日较差随季节的变化也较大。

（2）土壤热特性。热导率大的土壤，当表面获得热量时，有较多的热量传向深层；表层冷却时，又会有较多的热量自深层传至土表，因而使土表日较差小I热导率小的土壤则表层温度日较差大。热容量大的土壤，温度日较差小相反，热容量小的土壤温度日较差大。

(3)土壤颜色。深色土壤表面比浅色土壤表面的温度日较差大。这是由于深色土壤表面吸收率大于浅色土壤表面而引起的。

(4)地形。地形主要影响乱流热交换。与平地相比，凸起地由于通风良好，乱流交换旺盛，白天温度不易升高，夜间温度不易降低，因而土壤温度日较差比平地小，凹地则相反，其乱流交换弱，白天热量不易散失，夜间除辐射冷却外，冷空气沿坡下滑汇集到凹地，更加剧了地面的冷却，故凹地土壤表面温度日较差大于平地。

(5)天气。晴天时土壤表面温度日较差比阴天时大。因为云层的存在，白天起到削弱太阳辐射的作用，使地面增温减少夜间使大气逆辐射增强，减少了地面有效辐射，故阴天的土壤表面温度日较差小。

实际上，土壤温度日较差的大小是由上述各种因子综合影响的结果。1

土壤温度的年变化土壤表面温度的年变化，主要取决于太阳辐射能的年变化。在北半球中、高纬度地区，土壤表面月平均最高温度，一般出现在7月；月平均最低温度出现在1月。它们分别落后于太阳辐射最强的夏至和最弱的冬至月份。一年中，土壤最热月平均温度和最冷月的平均温度之差，称为土壤温度年较差，即土壤温度的年变幅。从图中可以看出，土壤温度年变幅随着深度增加而降低，一年中不同土层中最高温度出现的时间随着深度的增加而滞后。这是因为热量从地表向下输送过程中，每层土壤都要留下三部分热量，所以越往下获得的热量就越少，增温幅度就越小。同时，热量传导需要一定时闻，所以下层土壤温度位相比上层要滞后一些。1

土壤温度的空间变化此外，土壤温度年较差随纬度增高而增大。例如广州年较差为15.9℃；北京为34.7℃；齐齐哈尔为47.8℃。这是由于太阳辐射的年变化随纬度增高而增大的缘故。土壤的自然覆盖(植被和雪的覆盖)，对土壤温度年较差也有很大影响。裸露土壤的温度年较差比夏季和冬季处于自然覆盖下的土壤温度年较差大。

其他如土壤热特性、地形、天气条件等因子对年较差的影响与日较差大体相同。1