吉林市地区近20年土壤湿度时空变化特征分析

1、    吉林市地区近20年土壤湿度时空变化特征分析    刘涛 李彦良 肖庆斌 郑玉琦 杨璐铭摘要：通过对吉林市地区1997年2016年1080cm 的土壤相对濕度现有数据的旬变化特征进行分析，结果表明：土壤湿度变化具有明显的季节特征，12月次年3月初的土壤相对湿度往往较小，最大值出现在4月中旬，而10月份明显增大。一年中土壤湿度变化为“两峰两谷型”和“抛物线”的特征。土壤湿度的空间分布总体大致为从南到北逐渐减小的分布特征。其中，12月次年3月中上旬，地区内东北部土壤湿度大于西南部，均属于轻旱严重干旱状态；3月下旬7月底，地区内土壤湿度基本处于适宜状态，

2、出现局部干旱或土壤过湿可能性较大；8月份土壤湿度以永吉桦甸为中心，向西南部和东北部逐渐减小；9月10月份南部高于北部；11月份东南部高，西南部低。关键词：吉林地区；土壤湿度；时空变化： s152 ： a doi编号： 10.14025/ki.jlny.2018.22.041土壤湿度是土壤湿润状况、水汽收支平衡过程中控制地表水和能量的重要物理量，也是能源与物质交换过程中土地大气相互作用的“调节器”1。土壤水分的变化可以导致土壤热容量和地表反照率的变化，进而导致地表和低层大气水热平衡过程的变化。吉林市位于吉林省中部，东北腹地，长白山区向松嫩平原过渡地带，中心城市四面环山，三面环水，松花江呈倒s型穿

3、城而过。吉林市下辖龙潭区、昌邑区、船营区、丰满区、永吉县、蛟河市、磐石市、桦甸市、舒兰市、高新区、经开区。吉林市位于中纬度欧亚大陆的东侧，属于温带大陆性季风气候。受西风环流系统的影响，全市气温、降水、日照等都有明显的季节变化和差异，夏季温热多雨，冬季寒冷干燥。年平均气温3.9，1月平均温度最低-13.9，7月平均气温最高21.2，全年平均降水量701.1mm。分析土壤水分含量的演变趋势和规律对整个气候系统中各种因子的互相制约、气候变化趋势分析和影响评价、农林作物的生态平衡、植被与分布、生长发育与产量形成以及防灾减灾都具有很重要的理论意义和实际价值2- 3。1 资料说明本文土壤湿度资料来源于吉林

4、市辖五县（市），由于土壤湿度的变化具有不稳定性和复杂性，加之目前土壤湿度记录资料较少，同时吉林地区冬季土壤冻结，1月、2月和12月份的土壤湿度资料缺乏参考价值。吉林市地区人工土壤湿度观测从每年化冻期（3月份）开始到上冻期（11月份）结束，每个月逢5日、逢8日、逢10日以及月末最后一天取样。冬季由于土壤冻结，土壤湿度人工观测在冬季是不取样的，本文所用的冬季土壤湿度数据是在2010年自动土壤水分观测站建成后监测得到的数据。资料选取的站点均满足时间跨度足够长、地点分布有代表性的要求，所得到的资料数据通过了有效性检验后再进行分析。因此，文章重点分析时间段为3月11月份，12月次年2月土壤湿度资料分析从

5、简。2 土壤湿度时空变化特征2.1土壤水分年内旬变化特点从1997年2016年吉林市地区10cm土壤湿度旬平均变化分布图来看（图1），旬平均土壤相对湿度最大值为78.4%（出现在4月中旬），旬平均土壤相对湿度最小值仅为5.1%，出现在1月、2月份。全年表现为“两峰两谷型”，其主要原因是：12次年3月初为土壤结冻期所致。从1997年2016年吉林市地区20cm土壤湿度旬平均变化分布图来看（如图2），20cm土壤相对湿度旬平均最大值为98.7%，接近饱和状态，出现在4月中旬，土壤相对湿度旬平均最小值26%左右，出现在1月、2月份，另外12月份土壤湿度平均值也低于35%。全年表现为“抛物线型”，其主

6、要原因是：12月次年3月初为土壤结冻期，4月温度回升，冰雪融化所致。从1997年2016年吉林市地区30cm土壤湿度旬平均变化分布图来看（图3），30cm土壤相对湿度旬平均最大值达90%以上，出现在4月中旬；旬平均土壤相对湿度最小值40%左右，出现在13月份，另外8月份由于受降水、日照、蒸发等影响，土壤湿度相对较低。全年表现为“抛物线型”，其主要原因是：13月初为土壤结冻期，4月温度回升，冰雪融化所致。从1997年2016年吉林市地区50cm土壤湿度旬平均变化分布图来看（如图4），4月中旬50cm土壤相对湿度均接近饱和状态，土壤相对湿度最小值61.9%，出现在1月、2月份。全年表现为“抛物线型

7、”，其主要原因是：1月、2月份为土壤结冻期，到4月中旬随着温度回升，冰层溶解所致。从1997年至2016年吉林市地区80cm土壤湿度旬平均变化分布图来看（如图5），80cm土壤相对湿度旬平均最大值为94.5%，出现在7月下旬和10月份，土壤相对湿度旬平均最小值71.4%，出现在2月上中旬。全年表现为“抛物线型”，其主要原因是：1月、2月份土壤结冻，水分不易下渗，而由于吉林市地区夏秋季节多雨，导致10月份土壤湿度明显增大。通过对吉林市地区1997年2016年1080cm的土壤相对湿度数据的旬变化特点的分析，可以看出：吉林市地区土壤水分的季节性变化特征十分明显，由于12月次年3月初为土壤结冻期，1

8、0cm土壤水分变化幅度较大，12月次年3月初土壤水分往往较小，全年表现为“两峰两谷型”的变化特征。从1997年2016年吉林市地区2050cm土壤湿度旬平均变化分布图来看（如图2，图3，图4），土壤相对湿度的旬平均最大值为98.7%，接近饱和状态，出现在4月中旬；由于12月次年3月初土壤冻结，土壤相对湿度较小。全年表现为“抛物线型”，其主要原因是：12月次年3月初为土壤结冻期，4月温度回升，冰雪融化所致。从1997年2016年吉林市地区80cm土壤湿度旬平均变化分布图来看（图5），80cm土壤相对湿度旬平均最大值为94.5%，出现在7月下旬和10月份，土壤相对湿度旬平均最小值71.4%，出现在

9、2月上中旬。全年表现为“抛物线型”，其主要原因是：1月、2月份土壤结冻，水分不易下渗，而由于吉林市地区夏秋季节多雨，导致10月份土壤湿度明显增大。2.2 吉林市地区土壤湿度空间分布特征分析四季土壤湿度的空间分布特征时，土壤湿度采用的是冬季（12次年2月）、春季（35月）、夏季（68月）、秋季（911月）的平均值。冬季土壤湿度南部低于北部，桦甸市的土壤湿度（36.7%）为区域内冬季最低，舒兰市的土壤湿度最高（58.5%）；春季土壤湿度保持在较高水平，区域内春季最小为56.8%（出现在磐石市），最高为85.3%（出现在桦甸市）；夏季吉林地区内土壤湿度表现为适宜状态，介于70%85%之间，其中磐石市

10、的土壤湿度最大；秋季土壤湿度最高，各地差异也最大，桦甸市的土壤湿度最大（92.3%），而永吉县和舒兰市的西北部地区土壤湿度不足50%。吉林市地区土壤湿度的空间分布具有南部偏低，北部偏高的特征。浅层（030cm）土壤相对湿度季节性变化幅度较大，冬季（12月次年3月中上旬），区域的东北部土壤湿度大于西南部，均属于轻旱严重干旱状态；春季夏季前期（3月下旬7月底），区域内土壤湿度基本处于适宜状态，永吉、磐石、桦甸和蛟河也有可能出现局部的干旱或土壤湿度偏大；夏季后期（8月份）土壤湿度以永吉桦甸为中心，向西南部和东北部逐渐减小；秋季前期（910月份）吉林地区土壤湿度为南部高于北部；秋季后期（11月份）土壤

11、湿度表现为东南部高，西南部低。内中层（4060cm）和深层（70100cm）土壤相对湿度变化与浅层基本一致，通常以永吉、桦甸为高值中心，西南部高于东北部，但秋季后期（11月份）土壤湿度的低值中心出现在永吉县。总之，吉林市地区土壤湿度的空间分布大致从南到北逐渐减小。吉林市地区冬干夏雨季风气候特点明显，土壤湿度表现为冬季相对较小，春、夏、秋三季相对较高的季节变化。空间分布上表现为永吉、桦甸土壤湿度变化幅度偏大且相对偏湿，区域内其他地区四季差异相对较小。2.3土壤湿度的垂直分布特征通过对图35的分析可知：2月份由于受冻土层的影响，表层土壤湿度较低；随着温度不断升高，5月份浅层土壤湿度达到最大值；8月

12、份土壤湿度主要受降水和蒸发影响，变化幅度较大；11月份土壤湿度变化比较稳定；从不同深度的土壤水分变化情况来看，浅层土壤（030cm）的变化幅度较大，而深层土壤（70100cm）的变化幅度较小，全年总体上来说，土壤湿度变化表现为浅层变化幅度大，深层变化幅度小。通过分析可以看出：吉林市地区2月份、3月份上层土壤湿度相对较小，向下层延伸具有滞后性，滞后时间约为10天；45月份由于温度不断回升，土壤湿度较大；68月份因为温度较高、蒸发量增大，表层土壤水分含量较少，土壤湿度垂直变化幅度偏大，30cm土壤以下各层土壤水分分布均匀，其他月份土壤湿度垂直变化较大。同时存在明显的季节性变化，冬半年中上层土壤湿度

13、较大，68月份土壤湿度最小。3结论通过对吉林市地区1997年2016年1080cm 的土壤相对湿度数据的旬变化特征进行分析，结果表明：吉林市地区土壤湿度变化具有明显的季节特征，由于12月次年3月初为土壤结冻期，土壤湿度往往较小；土壤相对湿度最大值出现在4月中旬；夏秋季节多雨，导致10月份土壤湿度明显增大。在一年中土壤湿度变化为“两峰两谷型”的特征。吉林市地区土壤湿度的空间分布总体大致为从南到北逐渐減小的特征。其中，12月次年3月中上旬，区域的东北部土壤湿度大于西南部，均属于轻旱严重干旱状态；3月下旬7月底，区域内土壤湿度基本处于适宜状态，出现局部干旱或土壤过湿可能性较大；8月份土壤湿度以永吉桦甸为中心，向西南部和东北部逐渐减小；910月份吉林市地区土壤湿度为南部高于北部；11月份土壤湿度表现为东