吉春容，张玲，杨明凤，朱惠芝，严彩虹，向导

（1.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆乌鲁木齐 830002；2.乌兰乌苏农业气象试验站，新疆石河子 832000；3.炮台气象站，新疆石河子 832000；4.莫索湾气象站，新疆石河子 832000）

石河子绿洲棉区覆膜内5 cm地温变化与气温的关系及预报

吉春容1，2，张玲2，杨明凤2，朱惠芝2，严彩虹3，向导4

（1.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆乌鲁木齐 830002；2.乌兰乌苏农业气象试验站，新疆石河子 832000；3.炮台气象站，新疆石河子 832000；4.莫索湾气象站，新疆石河子 832000）

膜内5 cm地温稳定通过10～12℃为棉花适宜播种的温度指标，找出地膜内5 cm地温与气温的定量关系并进行地温预报，同时确定对应的日平均气温的稳定界限指标值，就成为开展棉花适宜播种期预报的关键所在。以石河子绿洲覆膜栽培棉区为研究对象，分析了2008—2014年棉区春播期膜内5 cm地温、气温的变化趋势以及气温与覆膜内、外地温的关系，并建立了膜内5 cm地温预报模型。结果表明：近年来石河子棉区春播期内气温和膜内外5 cm地温变化趋势一致，均有所上升，且膜内5 cm地温显著高于膜外地温和日平均气温。棉田覆膜内外5 cm地温与气温之间显著相关（P≤0.01），石河子棉田覆膜内5 cm地温稳定通过10～12℃时，对应的日平均气温界限范围为6.3～8.2℃；利用逐日气温建立膜内5 cm地温预报模型，回代检验绝对误差平均为1.01℃，2014和2015年预报检验绝对误差分别为0.5、0.7℃。预报模型可为更好地开展棉花播种期气象服务提供参考依据。

绿洲棉区；膜内5 cm地温；气温；预报模型

石河子绿洲垦区是新疆重要的棉花生产基地[1]，仅2014年棉花种植面积就超过1.6×105hm2，约占全区种植作物总面积的73%，且多为中早熟品种。棉花生产与气象条件密切相关[2-3]，石河子垦区地处天山北麓中段，属于典型的温带大陆性气候，春季冷空气活动频繁，多发生大风、霜冻、低温、倒春寒等灾害，对棉花播种存在严重影响。目前，石河子垦区棉花大田播种方式大多为机械覆膜膜上点播，播种深度均位于土层2～3.5 cm，膜内5 cm地温稳定通过10～12℃即可播种。春季适时播种可保证出苗率，并减少低温、霜冻的危害。而浅层（0～20 cm）地温变化直接影响大田播种和出苗，但由于距离地表近，受太阳辐射、土壤性质等不同因子影响，春季气温、浅层地温波动较大[4]，成为预报难点，进而影响棉花适宜播种期气象服务。

有关地温的研究主要集中分析气温和地温的时空变化规律[5-6]、地气温预报研究[7-8]、气温和地温的关系[9-10]及其对冬小麦、水稻等不同作物[11-13]发育期的影响。地温变化是影响棉花适宜播种的主要气象因子之一，膜内5 cm地温稳定通过10～12℃即可播种，也为棉花适宜播种的温度指标；而目前预报服务中日平均气温为常规项目之一，找出地膜内5 cm地温与气温的定量关系，并确定地膜内5 cm地温稳定通过10～12℃时对应的日平均气温的稳定界限指标值，就成为开展春季棉田地温预报和棉花适宜播种期预报的关键所在。本文利用石河子绿洲不同覆膜栽培棉区2008—2014年棉花春播期内气温、5 cm地温及覆膜内5 cm地温逐日资料，在分析棉区气温、覆膜内外地温变化规律的基础上，探讨气温对膜内5 cm地温的影响及其相互关系，以期通过气温预测膜内地温进而判断棉花适宜播种期，为指导棉花安全生产提供理论依据。

1 资料与方法

资料来源于石河子绿洲棉区炮台、莫索湾和乌兰乌苏农业气象试验站，包括2008—2014年每年春播期内逐日气温、5 cm地温和棉花大田膜内5 cm地温逐日资料。棉花播种期以农业气象观测资料为准（见表1）。本文的春播期是指石河子棉区历年大田主要播种期，即4月1—30日。采用相关分析、回归统计方法，以膜内5 cm地温作为预报对象，利用逐日气温为预报因子建立预报方程。

表1 石河子棉区2008—2014年棉花播种期（月-日）差异变化

2 结果与分析

2.1 春播期日平均气温和膜内外5 cm地温差异

石河子棉区2008—2014年春播期内各区域平均气温和膜内5 cm地温的地域差异不显著，但膜内5 cm地温都显著高于气温（表2）。膜外5 cm地温各棉区存在显著差异（P<0.05），浅层地温直接受太阳辐射影响，波动较大，覆膜条件下形成局部微气候，膜内5 cm地温差异变化不明显。

表2 石河子棉区2008—2014年春播期内平均气温和膜内外5 cm地温/℃

2.2 春播期气温和膜内外5 cm地温年变化

石河子棉区春播期内2008年至今气温和地温均有所上升（图1），变化趋势一致，但日平均气温明显低于膜内外5 cm地温。方差分析结果表明，气温与膜内、外5 cm地温间存在显著差异（P<0.05），以膜内5 cm地温显著高于膜外地温和日平均气温。研究表明，棉花种子最适宜发芽温度为10～12℃，近5a来，石河子棉区春播期内日平均气温变化范围在9.9～16.1℃，膜内5 cm地温变化范围在13.6～20.4℃，棉田覆膜具有显著的增温作用，有利于保墒适播。

图1 石河子棉区2008—2014年春播期日平均气温和膜内外5 cm地温年变化

2.3 春播期气温和膜内外5 cm地温逐日变化

由图2可知，2008年以来石河子棉区春播期内日平均气温和膜内外5 cm地温均呈上升趋势，膜内5 cm地温显著高于日平均气温和膜外地温。膜内5 cm地温基本在4月上旬初就稳定通过12℃，而膜外5 cm地温和日平均气温稳定通过12℃的日期有推后趋势；4月中旬初日平均气温稳定通过12℃，膜外5 cm地温4月上旬中稳定通过12℃，时间上存在差异。

2.4 春播期膜内5 cm地温预报

2.4.1 气温与膜内5 cm地温的关系

应用统计回归方法建立石河子棉区膜内5 cm地温与气温线性关系的相关系数R达0.9202，通过0.0001显著性检验（图3）。膜内外5 cm地温之间、膜外5 cm地温与气温之间的线性回归表明，相关系数分别为0.977、0.930，均通过0.000 1显著性检验，说明地温与气温的变化趋势具有较好的一致性，通过气温解释地温比较可行。

以5 cm土壤温度稳定通过10～12℃作为棉花适宜播种的温度指标，而日平均气温为常规预报项目之一，找出地膜内5 cm地温与气温的定量关系，并确定地膜内5 cm地温稳定通过10～12℃时对应的日平均气温的稳定界限指标值，应是开展春季棉田地温预报和棉花适宜播种期预报的关键所在。由图3计算得出，石河子绿洲棉田覆膜内5 cm地温稳定通过10～12℃时，对应的日平均气温界限范围为6.3～8.2℃。

图3 日平均气温与膜内5 cm平均地温的关系

2.4.2 春播期膜内5 cm地温预报

图2 石河子棉区2008—2014年春播期日平均气温和膜内外5 cm地温日变化

石河子绿洲棉区棉花大田播种方式大多为机械覆膜膜上点播，膜内5 cm地温稳定通过10～12℃即可播种，因此，膜内5 cm地温稳定通过10℃的日期在农业生产中得到高度重视。利用2008—2013年逐日平均气温作为预报因子进行回归分析，建立石河子棉区春播期内棉田膜内5 cm地温与气温关系模型（表3），各模型相关系数均在0.9以上，且均通过0.000 1检验，说明回归模型具有较强的解释能力。

表3 平均气温与膜内5 cm平均地温的回归分析

将2008—2013年春播期内逐日气温代入上述方程，计算膜内5 cm地温预报的Y值，进行回代检验（表4），误差平均为1.01℃。其中，2009年误差最小，2013年误差最大。

表4 2008—2013年膜内5 cm地温历史回代检验绝对误差/℃

将2014和2015年春季气温预报值代入模型进行预报检验（表5），预报逐日膜内5 cm地温值，绝对误差分别为0.5、0.7℃。说明建立的预报模型在对历史的拟合和预报方面均具有较强的能力。

表5 2014—2015年预报检验绝对误差/℃

3 结论与讨论

3.1 讨论

气温、地温均是影响植物生长的主要因素，关注地温、气温变化趋势，分析地气增温特征的关系，可为进一步研究气候变暖背景下不同因素对作物生长的影响机理奠定基础。对石河子绿洲棉区气温和膜内外5 cm地温的研究表明，近年来气温、膜内5 cm地温均呈显著上升趋势，与大部分研究结果一致[14-18]。

气温与地温密切相关，二者的长期变化趋势比较一致。但地温的短期波动幅度较为剧烈[4，19-21]，又不能简单地用气温变化趋势指导棉花播种时间的调整，地温的预报成为指导农业生产的关键环节之一。以往已有大量关于利用气温预报地温进而为农业生产服务的研究成果[4，7，11，20-24]，预报因子的选择包括逐日气温、预报前5d的20 cm平均地温、太阳辐射等不同因子。本文在分析气温与膜内5 cm地温关系基础上，建立了二者相关关系模型，在实际服务中，需要将未来的日平均气温预报值代入建立的回归模型，进而得到未来相应时段的膜内5 cm地温预报结果。但本结论适合节水灌溉、覆膜栽培种植区开展棉花播种期服务时参考。不同区域、不同气候类型的应用有待不断完善。

关于棉花适宜播种期预测服务指标已有大量研究成果[1-2，25-28]，包括日平均气温5日滑动平均稳定≥10℃初日和播种—出苗期间热量指数、播种前期气温等不同方面。目前一般以覆膜内5 cm土壤温度稳定通过10～12℃作为棉花适宜播种的温度指标，由于各级气象部门并未开展5 cm地温，尤其是地膜内5 cm地温的预报业务，而日平均气温却是常规预报项目之一。另外，对某一特定地区来说，地温与气温都有比较密切的关系，找出地膜内5 cm地温与气温的定量关系，并确定地膜内5 cm地温稳定通过10～12℃时对应的日平均气温的稳定界限指标值，就成为开展春季棉田地温预报和棉花适宜播种期预报的关键所在。石河子绿洲棉田覆膜内5 cm地温稳定通过10～12℃时，对应的日平均气温界限范围为6.3～8.2℃，可为棉花适宜播种期预报服务提供参考依据。

3.2 结论

棉花是石河子绿洲重要的经济作物，春季棉田膜内5 cm地温对于大田播种至关重要。本文对绿洲棉区气温和地温的变化特征进行了分析，并构建膜内5 cm地温预报模型，可为更好地开展棉花播种期气象服务提供决策参考。

（1）近年来，石河子棉区春播期内气温和膜内外5 cm地温变化趋势一致，均有所上升。膜内5 cm地温显著高于膜外地温和日平均气温，棉田覆膜可显著增温，有利于保墒适播。

（2）利用5d滑动法计算2008—2013年春播期膜内5 cm地温，石河子棉区膜内5 cm地温4月上旬初稳定通过12℃，而膜外5 cm地温集中在4月上旬、日平均气温主要在4月中旬，较之膜内有推后趋势。

（3）石河子棉区春播期内膜内5 cm地温与气温之间呈显著相关（P≤0.01），通过气温解释膜内5 cm地温比较可行。石河子棉田覆膜内5 cm地温稳定通过10～12℃时，对应的日平均气温界限范围为6.3～8.2℃。

（4）利用逐日平均气温作为预报因子，建立春播期内膜内5 cm地温预报模型。方程检验效果较好，历史回代绝对误差平均为1.01℃，2014和2015年预报检验绝对误差分别为0.5、0.7℃；实际业务服务中，需要将未来日平均气温预报值代入模型中得到相应时段的膜内5 cm地温预报结果，预报模型可用于棉花播种期气象服务参考。

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The Relationship of ground Temperature at 5 cm Soil Depth of Plastic mulching with air Temperature and Its Prediction in Cotton area of Shihezi Oasis

JI Chunrong1，2，ZHANG Ling2，YANG Mingfeng2，ZHU Huizhi2，YAN Caihong3，XIANG Dao4

（1.Institute of Desert Meteorology，China Meteorological Administration，Urumqi 830002，China；2.Wulanwusu Agro-Meteorological Station，Shihezi 832000，China；3.Paotai meteorological Station,Shihezi 832000,China；4.Mosuowan Meteorological Station，Shihezi 832000，China）

The field will be ready for cotton seeding if the ground temperature under 5 cm soil depth with plastic mulching stands at 10～12℃,generally.Therefore research on the relationship between ground and air temperature,and focuses on the corresponding extent index of air temperature is important to carry out meteorological predicting of sowing date.Based on the data of air temperature and ground temperature from 2008 to 2014 in cotton area of Shihezi oasis under cultivation with plastic mulching，variation trend of ground temperature and its relationship with air temperature were analyzed,and a forecast model of ground temperature at 5 cm soil depth was built. The results showed as follows.The annual change of mean air and ground temperatures at 5 cm soil depth with or without plastic mulching presented significant increasing trends in recent years,and the rise was asymmetric.The mean ground temperature at 5 cm soil depth with plastic mulching was higher than mean air temperature.The relationship was significant between 5 cm ground temperature with plastic mulching and air temperature,5 cm ground temperature without plastic mulching,respectively.When the mean ground temperature at 5 cm soil depth with plastic mulching staying at 10～12℃,the corresponding extent index of air temperature was 6.3～8.2℃.The prediction model of the 5 cm ground temperature with plastic mulching was established using the daily mean temperature as factor.The average absolute error was 1.01℃tested with history back to the generation,and it was0.5and0.7℃for a prediction of 2014and 2015.The forecast model can be a reference for the sowing date meteorological service.

cotton area of oasis；ground temperature at 5 cm soil depth with plastic mulching；air temperature；prediction model

S165

A

1002-0799（2015）05-0016-06

吉春容，张玲，杨明凤，等.石河子绿洲棉区覆膜内5 cm地温变化与气温的关系及预报[J].沙漠与绿洲气象，2015，9（5）：16-21.

10.3969/j.issn.1002-0799.2015.05.003

2015-02-03；

2015-04-28

公益性行业（气象）科研专项（GYHY（QX）201506001）；国家自然基金（41375122）；公益性行业（气象）科研专项（GYHY201106025）共同资助。

吉春容（1983-），女，副研究员，主要从事农业气象灾害相关研究。E-mail：jcr83@163.com