沈灿燊

　　1　引言

　　地温对农作物的发育和生长有很大的影响，因此，在研究一个地方的农业气象时，必先研究该地地温的变化情况。地温除了受太阳辐射影响外，还受云量、降水、土壤蒸发、植被覆盖等情况的影响，此外，更与该地的土壤性质，耕作情况等等有密切的关系。广州地处低纬度，太阳辐射一年四季都较为强烈，降水量丰沛，蒸发旺盛，地温变化有一定的规律。我们根据广州康乐中山大学1953-56年的5公分、10公分、30公分、60公分、100公分深度的地温记録，并参考广州中心气象台的地温记録，作了一些统计分析，得出该地地温的一般变化规律，虽然观测年代不长，且限于100公分以内的深度，不能概括我国南方地温变化的情形。但就100公分以内各层地温实际变化的资料分析，足可以证明气象学上地温变化的一般规律。或可作为我们在农业气象上及工程设计上的参考。

　　康乐位于东经113 19′，北纬23 6′，观测坪海拔约17公尺。设在25公尺×25公尺的气象观测坪内，坪外东西两侧有緑荫的高大树木，南北为草坪，坪内土壤为红黄壤，乃红色岩系风化物，排水情况不良，其剖面性态如下表（表1），8年前曾经耕作，现在浅草平铺，但安装地温表处裸露；5公分与10公分地温表用日式曲管地温表，30公分、60公分与100公分用直管地温表，一天观测三次(07:00、13：00、19：00)。

　　2　广州康乐地温的变化

　　根据广州康乐中山大学地温观测的资料，地温变化以30公分深度以内变化得较厉害，不论冬月和夏月的日平均温度的变化及年的月平均温度的变化和每日的日变化都起伏较大，显然受地面上的气温变化影响较为密切。除了雨日，由于湿土的导热率较大，导温率较小，变化显得迟钝外，其余与空气中温度变化曲线型式大致雷同，尤其是日变化更为明显。但在30公分以下，地温变化就渐趋和缓，尤其是80公分深度以下的土层，变化得很慢。日变化则几乎看不出来。所以可以说：30公分以内深度的地温，受地面温度变化影响较大。30-60公分，受地面温度影响较少。60公分以下，则受地面温度影响微乎其微。不过，每层地温的变化情况及日变化情况是不相同的，现在分别讨论一下。

　　2.1　年变化

　　地温的年变化，和当地的气候变化有密切关系。广州地处中国南部，月平均温度均在10℃以上，一般没有0℃以下的气温出现，即使出现，也只是贴地层气温的瞬时现象，严格说，广州是没有冬季的。广州康乐的地温资料也没有发现有0℃以下（07、13、19三次观测）的记録。在5公分深度上最低的月均温是13.9℃，以下更按深层加深而增高，可见广州的地温也是相当和暖的。

　　广州月平均气温有8个月在20℃以上，可以说夏季有8个月，而康乐的地温则在5公分只有7个月月平均在20℃以上，10公分以下有8个月在20℃以上。现将各层地温的每月月均温表列于后，并绘出日均温变化曲线。

　　我们在图1及表2上还可以看出：5-80公分土层温度一月最冷，与气温最冷月同时出现，100公分则最冷月在2月，比气温最冷月推迟一个月。5-40公分土层温度最热出现于7月，与气温最热月同时出现。60-80公分深度地温7月及8月均为最热，比气温多保持一月。100公分则8月最高，比气温推迟一个月。值得注意的是，地温向下变化的梯度热月相差较小，冷月相差较大，例如5-100公分之间在一月相差4.7℃，而7月仅相差1.5℃，这因为广州冬季降水少，土壤乾燥，土隙内饱含空气的缘故。我们知道空气的导热系数小，水分的导热系数大。冬季的干土壤深层的热量不易向上传导，夜间上层辐射冷却较快，以致逐层间的温差较大。夏季降水丰沛土壤湿润，导热率大，热量容易向下传导。且气温较高，夜间时间又短，地面失热不多，冷却较慢。这样，就使得夏季土层逐层间温度相差变小。

　　还有，在3月中旬和9月中旬附近各土层年温度曲线在此先后相交，在这个时间内，各层土层温度大致趋向等值。即各层地温由向下正值增加转到向下负值增加和由向下负值增加转到向下正值增加的转折点。由于冬夏半年各地层所受的热量不同，温度高者相对渐减，原来温度较低的相对渐增，在转折点时达到热量平衡，形成各层土温接近等值的情形。但3月中旬交点比9月中旬交点温度低，这全然受前期土层热量的影响。

　　可见1，2，10，11，12冬季五个月地温垂直分布为正的增加，即愈向下温度愈高，而以1月为甚。4，5，6，7，8夏季五个月是反递增，即愈向下温度反而减低，而以5月较大。3，9两个月为过渡月份，温度垂直分布接近为直线。值得注意的是接近表层温度的年内变化最大，如1月与7月较差达16.2℃，这因为夏季浅层受热时间长而烈，冬季辐射冷却又较厉害的缘故。随土层深度的增加，冬夏较差渐减，如100公分一层最小，只10.5℃。由此可以推想100公分以下的土层温度冬夏变化必愈趋减小。

　　现将1956年为例，推求土层传导热量的情况。试将全年最冷的五日和全年最热的五日平均气温及它的出现时间和每层土温最冷最热的温度及它的出现时间互相比较，则得下列两个：从两表内可以看出这样一些事实：（1）离地面愈深，地温较气温的变化时间愈迟，在10公分地温变化落后于气温变化不超过24小时（同一天出现）。10公分以下冷日约每隔24公分迟一天，热日约每隔20公分迟一天。地面增热的影响比地面冷却的影响大，在最热日平均出现时间100公分处比气温约迟4天，80公分处迟3天，60公分处迟2天，而最冷日平均出现时间100公分处比气温迟6天，80公分处迟4天，60公分处迟3天，在40公分以内，最冷与最热日的出现落后于气温的日数大致相同。（2）一年中最热五日地温与气温相差较小，最多为2.2℃，而最冷五日较差最大可达9.8℃。至于各层间地温的较差，亦以冷日为大，最大为1.6℃，而热日最大较差只0.6。这说明瞭地面增热影响深层比地面冷却深层快。这一方面固然由于广州夏日太阳辐射强，热量可能达地下深层，而冬日地面冷却较慢影响深层较弱；而最主要的方面还是由于土壤湿度关系所致。（3）冷日土层温度随深度递增，但热日则40公分以内温度递增，至40公分以下反形递减。这完全和上述太阳辐射及土壤湿
度有密切关系。

　　如以100公分深度地温年较差为100%，则5和10公分较差为100公分的1.42倍，30公分为1.29倍，80公分为1.02倍，各层年较差与100公分层比较，其相对百分率亦向深层递减。将较差及相对百分率数字画成曲线，更可清楚地看出年较差向深层减小的趋势。

　　可见各层地温全年几乎全部在10℃以上（只5公分有一天10℃以下），而以25-30℃这一温度天数最多，愈向下层，愈向此温度及20-25℃两者之间集中。至100公分深处，则温度集中在15-30℃之间，15 C以下及30℃以上未见出现。在25-30℃的日数占全年1/2，按此可以推论，愈向深层，愈向此温度集中，形成了日平均温度变幅极小的趋势。估计在3公尺以下，几乎全部日平均地温应均在25-30℃之间。

　　总之，广州康乐地温年变化的情况，可以归纳为下列几点：

　　（1）9月中旬以后，3月中旬以前，地温月平均温度随深层而增温，即温度梯度向下正值增加。4月以后，9月以前，地温月平均温度随深层而降低即温度梯度向下负值增加，在9月中旬及3月中旬附近，则各层年温度曲线先后相交，即各层垂直深度的地温变化甚微，几乎成等温状态。

　　（2）5-80公分深度以内的地温，最冷月在1月，最热月在7月及8月，100公分最冷月在2月，最热月在8月。土层在夏季地面传导热量到深层比冬季深层地温传热到地面较快。以60-100公分深度最明显。

　　（3）地面层年较差最大，愈向下层则愈减，5公分与100公分两层相较，约1：1.5。5-30公分深度土层，受地面影响较大，温度随地面温度有较迅速地变化，40公分以下土层温度，受地面影响较小，30公分附近为转折点。

　　（4）最冷月及最热月月平均温度与年月平均温度较差愈向深层愈小，热月每20公尺递减1-2%，冷月每20公尺递减2-5%。按此推算，到3公尺以下，每月平均温度无较差出现。

　　（5）全年逐日平均地温每层都以25-30 C这一级内的日数最多，愈向下层，日数愈向这一级内集中。

　　2.2　日变化

　　根据每日观测三次（上午七时，下午一时，下午七时）记録分析，知道1月（最冷日）及7月（最热日）的地温日变化是不同的。

　　兹将1月中旬及7月中旬每日三次记録统计，表列并绘图于后：

　　夏季日变化至80公分一层，仍有微弱变化，直到100公分，才无变化。变化层比冬季深入20公分。这因为夏季太阳高度角比冬季大，太阳辐射强，且雨量较多，土壤湿润。因此热能传入土壤深层较为容易。广州地处低纬，一年中太阳高度角也较大，最大为90°，最小为43°26′。5-8月正午太阳高度角都在75°以上，而11-1月则在53°以下。现将一年各月一日及十五日正午（12时）太阳高度角表列于后： 

　　图上，可以明显地看出，冬季（一月中旬代表）日变化在60公分一层，已十分微弱，到80公分一层，已无变化。各时地温垂直变化是随土层深度而递增的，上午七时较差最大，下午一时的较差最小。这因为冬季，早晨时地面辐射冷却强，上层冷却快，而下层因土壤乾燥，上升补充热量较慢，致浅层与下层有较大的温差。至中午以后，太阳辐射强烈，浅层迅速增温，而下层则受影响不大，热量尤未传到下层，故除浅层有较大的温差外，10公分以下变化即较小。19∶00时，浅层已开始冷却，而较深层冷却得缓慢，故上下层间的温差又渐减少，以后经过一夜冷却，又回复到上午七时的状态。

　　太阳高度角的大小，影响太阳辐射强度，广州没有太阳辐射强度记録材料，根据理论计算，广州当高度角45°时，辐射强度为0.84卡/厘米2分，60°为1.13，75°时为1.42，90°时为1.75。可见夏季太阳辐射比冬季强得多，地面受热大，土壤热量下传也较快较深。另一方面雨量夏多冬少，土壤夏季较湿润。我们没有作土壤湿度的观测，但由雨量季节分布来看，也可瞭解一些情况。广州全年平均雨量为1661.8毫米，夏季占了13.9%，而冬季只占9%。因此，土壤夏湿冬干，也影响了土热下传深度。另外夏季各层地温变化随深度而有不同，在30公分以上，土层受地面影响较烈，变化比较复杂，30公分以下，大致随深度而递减。这种趋势无论是在上午七时或下午一时，下午七时均系一致，仅在下午一时贴近地面层因太阳辐射最强的缘故梯度很大。因夏季雨水多，土壤润湿，夏夜短促，冷却不甚烈，即使在30公分以下土层冷却所失的热是仍能得到深层的迅速补充，失热微少，故形成了这种两段土层不同的温度变化。下午一时，表层已经得到较多的热量，地温迅速上升，因土壤湿润，热量得以迅速传达下层。至30公分附近因早晨失热较少，总热量相对地说来反较多。夏季在下午一时以后，地面仍有强烈的太阳辐射，因此推想到下午二时时，曲线应成为由上逐渐递减的曲线，下午七时，地面开始冷却，但程度不大，30公分附近因蒸发较上层弱，失热不多，形成了温度的突出点，30公分以下，则影响甚微，仍保持由上向下递减状态。值得注意的是，5公分以下80公分以上各层，最高温度出现时间都在下午一时以后，与冬季情况相似。

　　从上可知：冬季白天上午七时至下午一时，相距8小时，5公分处增温4.4℃，10公分增温1.7℃，30公分处增温1.3℃，40公分处增温0.3℃，60公分以下为零。这样算来5-10公分之间较差为2.7，10-30公分之间为0.4，30-40公分之间为1.0，可见昼间表层增温大，深层小。

　　反之，自下午七时至次日早晨七时，地面辐射冷却开始较大，12小时内，5公分处减温3.7℃，10公分减温2.7℃，30公分处减温2.5℃，40公分减温1.1℃，60公分以下各处几无变化。

　　夏季白天，上午七时至下午一时间相距8小时，5公分处增温2.8℃，10公分增温1.6℃，30公分增温0.9℃，40公分处增温0.3℃，60公分以下为0，即5-10公分之间较差为1.3，10-30公分之间为0.7，30-40公分之间为0.6，也是表层大，深层小。

　　到下午七时至次晨七时间相距12小时，5公分处减温2.1℃，10公分处1.8℃，30公分处1.2℃，40公分0.6℃，60公分处以下几无变化。即5-10公分之间较差为0.3。10-30公分之间为0.6，30-40公分之间为0.6。

　　由此可见夏季不论白昼或夜间辐射增热或辐射冷却，都是夏天比较均匀，冬天各层温差比例较大，这也是由于土壤湿度影响地热传导所致。

　　另外，地面层温度（浅草上）与百叶箱内温度相差得较大，他们随季节变化及天气情况而不同，以冬季絶对最低温来说，可以相差达6°—7℃。例如1955年1月12日，百叶箱最低温度为0.0℃，为广州几十年来少见的低温，而同日地面最低温度为-6.5℃，小池水面边缘已结成平均约1/3公分的冰块，而百叶箱中的湿球没有结冰，可见二公尺的气温和地面草温是有很大差异的。

　　现列举1955年1月6日-20日最低地面草温及7月16-30日最低地面草温和最低气温相比较：

　　可见气温愈低，草温愈更低，两者之温差愈大。冬季两者的温差最大，气温最低温度还在0℃以上，而草温早已达0℃以下，这因为冬季夜间地面先辐射冷却，然后渐而影响气温所致。

　　总上所述，可得出几点地温日变化的结论：

　　（1）冬季地面情况影响及土壤下层的深度比夏季浅，冬季达60公分，夏季达80公分，在这以下几无日变化。

　　（2）夏季不论昼间或夜间增热或辐射冷却，都是夏天比较均匀。

　　（3）冬季除下午一时10公分以上成递增外，其余上午及下午七时和下午一时的10公分土层以下都是向下减温状态，30公分以内土层则变化较复杂，随地面的影响而发生向下增加或向下减小的现象。

　　3　后语

　　（1）这篇文章中目的是想通过资料整理得出一些广州康乐中山大学地温的变化情况，由于所用资料年代比“广州的气候”（陈世训、沈灿燊合着）所用的地温资料较长而详细，因此，可作为“广州的气候”地温部分初步的补充资料。

　　（2）研究小气候之一的地温，最好能用各种不同土壤结构及不同覆盖情况的资料互相比对，但广州目前尚缺乏这种材料。因此，只能用一般气象观测的资料来分析，这是有待随今后农业气象观测资料的增加而补充和修正。

　　（原载：地理学资料，1958。）