沈燦燊

　　1　引言

　　地温對農作物的發育和生長有很大的影響，因此，在研究一個地方的農業氣象時，必先研究該地地温的變化情况。地温除了受太陽輻射影響外，還受雲量、降水、土壤蒸發、植被覆蓋等情况的影響，此外，更與該地的土壤性質，耕作情况等等有密切的關系。廣州地處低緯度，太陽輻射一年四季都較爲强烈，降水量豐沛，蒸發旺盛，地温變化有一定的規律。我們根據廣州康樂中山大學1953-56年的5公分、10公分、30公分、60公分、100公分深度的地温記録，並參考廣州中心氣象臺的地温記録，作了一些統計分析，得出該地地温的一般變化規律，雖然觀測年代不長，且限於100公分以内的深度，不能概括我國南方地温變化的情形。但就100公分以内各層地温實際變化的資料分析，足可以證明氣象學上地温變化的一般規律。或可作爲我們在農業氣象上及工程設計上的參考。

　　康樂位於東經113 19′，北緯23 6′，觀測坪海拔約17公尺。設在25公尺×25公尺的氣象觀測坪内，坪外東西兩側有緑蔭的高大樹木，南北爲草坪，坪内土壤爲紅黄壤，乃紅色岩系風化物，排水情况不良，其剖面性態如下表（表1），8年前曾經耕作，現在淺草平鋪，但安裝地温表處裸露；5公分與10公分地温表用日式曲管地温表，30公分、60公分與100公分用直管地温表，一天觀測三次(07:00、13：00、19：00)。

　　2　廣州康樂地温的變化

　　根據廣州康樂中山大學地温觀測的資料，地温變化以30公分深度以内變化得較厲害，不論冬月和夏月的日平均温度的變化及年的月平均温度的變化和每日的日變化都起伏較大，顯然受地面上的氣温變化影響較爲密切。除了雨日，由於濕土的導熱率較大，導温率較小，變化顯得遲鈍外，其餘與空氣中温度變化曲綫型式大致雷同，尤其是日變化更爲明顯。但在30公分以下，地温變化就漸趨和緩，尤其是80公分深度以下的土層，變化得很慢。日變化則幾乎看不出來。所以可以説：30公分以内深度的地温，受地面温度變化影響較大。30-60公分，受地面温度影響較少。60公分以下，則受地面温度影響微乎其微。不過，每層地温的變化情况及日變化情况是不相同的，現在分别討論一下。

　　2.1　年變化

　　地温的年變化，和當地的氣候變化有密切關系。廣州地處中國南部，月平均温度均在10℃以上，一般没有0℃以下的氣温出現，即使出現，也只是貼地層氣温的瞬時現象，嚴格説，廣州是没有冬季的。廣州康樂的地温資料也没有發現有0℃以下（07、13、19三次觀測）的記録。在5公分深度上最低的月均温是13.9℃，以下更按深層加深而增高，可見廣州的地温也是相當和暖的。

　　廣州月平均氣温有8個月在20℃以上，可以説夏季有8個月，而康樂的地温則在5公分只有7個月月平均在20℃以上，10公分以下有8個月在20℃以上。現將各層地温的每月月均温表列於後，並繪出日均温變化曲綫。

　　我們在圖1及表2上還可以看出：5-80公分土層温度一月最冷，與氣温最冷月同時出現，100公分則最冷月在2月，比氣温最冷月推遲一個月。5-40公分土層温度最熱出現於7月，與氣温最熱月同時出現。60-80公分深度地温7月及8月均爲最熱，比氣温多保持一月。100公分則8月最高，比氣温推遲一個月。值得注意的是，地温向下變化的梯度熱月相差較小，冷月相差較大，例如5-100公分之間在一月相差4.7℃，而7月僅相差1.5℃，這因爲廣州冬季降水少，土壤乾燥，土隙内飽含空氣的緣故。我們知道空氣的導熱系數小，水分的導熱系數大。冬季的干土壤深層的熱量不易向上傳導，夜間上層輻射冷却較快，以致逐層間的温差較大。夏季降水豐沛土壤濕潤，導熱率大，熱量容易向下傳導。且氣温較高，夜間時間又短，地面失熱不多，冷却較慢。這樣，就使得夏季土層逐層間温度相差變小。

　　還有，在3月中旬和9月中旬附近各土層年温度曲綫在此先後相交，在這個時間内，各層土層温度大致趨向等值。即各層地温由向下正值增加轉到向下負值增加和由向下負值增加轉到向下正值增加的轉折點。由於冬夏半年各地層所受的熱量不同，温度高者相對漸减，原來温度較低的相對漸增，在轉折點時達到熱量平衡，形成各層土温接近等值的情形。但3月中旬交點比9月中旬交點温度低，這全然受前期土層熱量的影響。

　　可見1，2，10，11，12冬季五個月地温垂直分佈爲正的增加，即愈向下温度愈高，而以1月爲甚。4，5，6，7，8夏季五個月是反遞增，即愈向下温度反而减低，而以5月較大。3，9兩個月爲過渡月份，温度垂直分佈接近爲直綫。值得注意的是接近表層温度的年内變化最大，如1月與7月較差達16.2℃，這因爲夏季淺層受熱時間長而烈，冬季輻射冷却又較厲害的緣故。隨土層深度的增加，冬夏較差漸减，如100公分一層最小，只10.5℃。由此可以推想100公分以下的土層温度冬夏變化必愈趨减小。

　　現將1956年爲例，推求土層傳導熱量的情况。試將全年最冷的五日和全年最熱的五日平均氣温及它的出現時間和每層土温最冷最熱的温度及它的出現時間互相比較，則得下列兩個：從兩表内可以看出這樣一些事實：（1）離地面愈深，地温較氣温的變化時間愈遲，在10公分地温變化落後於氣温變化不超過24小時（同一天出現）。10公分以下冷日約每隔24公分遲一天，熱日約每隔20公分遲一天。地面增熱的影響比地面冷却的影響大，在最熱日平均出現時間100公分處比氣温約遲4天，80公分處遲3天，60公分處遲2天，而最冷日平均出現時間100公分處比氣温遲6天，80公分處遲4天，60公分處遲3天，在40公分以内，最冷與最熱日的出現落後於氣温的日數大致相同。（2）一年中最熱五日地温與氣温相差較小，最多爲2.2℃，而最冷五日較差最大可達9.8℃。至於各層間地温的較差，亦以冷日爲大，最大爲1.6℃，而熱日最大較差只0.6。這説明瞭地面增熱影響深層比地面冷却深層快。這一方面固然由於廣州夏日太陽輻射强，熱量可能達地下深層，而冬日地面冷却較慢影響深層較弱；而最主要的方面還是由於土壤濕度關系所致。（3）冷日土層温度隨深度遞增，但熱日則40公分以内温度遞增，至40公分以下反形遞减。這完全和上述太陽輻射及土壤濕
度有密切關系。

　　如以100公分深度地温年較差爲100%，則5和10公分較差爲100公分的1.42倍，30公分爲1.29倍，80公分爲1.02倍，各層年較差與100公分層比較，其相對百分率亦向深層遞减。將較差及相對百分率數字畫成曲綫，更可清楚地看出年較差向深層减小的趨勢。

　　可見各層地温全年幾乎全部在10℃以上（只5公分有一天10℃以下），而以25-30℃這一温度天數最多，愈向下層，愈向此温度及20-25℃兩者之間集中。至100公分深處，則温度集中在15-30℃之間，15 C以下及30℃以上未見出現。在25-30℃的日數占全年1/2，按此可以推論，愈向深層，愈向此温度集中，形成了日平均温度變幅極小的趨勢。估計在3公尺以下，幾乎全部日平均地温應均在25-30℃之間。

　　總之，廣州康樂地温年變化的情况，可以歸納爲下列幾點：

　　（1）9月中旬以後，3月中旬以前，地温月平均温度隨深層而增温，即温度梯度向下正值增加。4月以後，9月以前，地温月平均温度隨深層而降低即温度梯度向下負值增加，在9月中旬及3月中旬附近，則各層年温度曲綫先後相交，即各層垂直深度的地温變化甚微，幾乎成等温狀態。

　　（2）5-80公分深度以内的地温，最冷月在1月，最熱月在7月及8月，100公分最冷月在2月，最熱月在8月。土層在夏季地面傳導熱量到深層比冬季深層地温傳熱到地面較快。以60-100公分深度最明顯。

　　（3）地面層年較差最大，愈向下層則愈减，5公分與100公分兩層相較，約1：1.5。5-30公分深度土層，受地面影響較大，温度隨地面温度有較迅速地變化，40公分以下土層温度，受地面影響較小，30公分附近爲轉折點。

　　（4）最冷月及最熱月月平均温度與年月平均温度較差愈向深層愈小，熱月每20公尺遞减1-2%，冷月每20公尺遞减2-5%。按此推算，到3公尺以下，每月平均温度無較差出現。

　　（5）全年逐日平均地温每層都以25-30 C這一級内的日數最多，愈向下層，日數愈向這一級内集中。

　　2.2　日變化

　　根據每日觀測三次（上午七時，下午一時，下午七時）記録分析，知道1月（最冷日）及7月（最熱日）的地温日變化是不同的。

　　兹將1月中旬及7月中旬每日三次記録統計，表列並繪圖於後：

　　夏季日變化至80公分一層，仍有微弱變化，直到100公分，才無變化。變化層比冬季深入20公分。這因爲夏季太陽高度角比冬季大，太陽輻射强，且雨量較多，土壤濕潤。因此熱能傳入土壤深層較爲容易。廣州地處低緯，一年中太陽高度角也較大，最大爲90°，最小爲43°26′。5-8月正午太陽高度角都在75°以上，而11-1月則在53°以下。現將一年各月一日及十五日正午（12時）太陽高度角表列於後： 

　　圖上，可以明顯地看出，冬季（一月中旬代表）日變化在60公分一層，已十分微弱，到80公分一層，已無變化。各時地温垂直變化是隨土層深度而遞增的，上午七時較差最大，下午一時的較差最小。這因爲冬季，早晨時地面輻射冷却强，上層冷却快，而下層因土壤乾燥，上昇補充熱量較慢，致淺層與下層有較大的温差。至中午以後，太陽輻射强烈，淺層迅速增温，而下層則受影響不大，熱量尤未傳到下層，故除淺層有較大的温差外，10公分以下變化即較小。19∶00時，淺層已開始冷却，而較深層冷却得緩慢，故上下層間的温差又漸减少，以後經過一夜冷却，又回復到上午七時的狀態。

　　太陽高度角的大小，影響太陽輻射强度，廣州没有太陽輻射强度記録材料，根據理論計算，廣州當高度角45°時，輻射强度爲0.84卡/厘米2分，60°爲1.13，75°時爲1.42，90°時爲1.75。可見夏季太陽輻射比冬季强得多，地面受熱大，土壤熱量下傳也較快較深。另一方面雨量夏多冬少，土壤夏季較濕潤。我們没有作土壤濕度的觀測，但由雨量季節分佈來看，也可瞭解一些情况。廣州全年平均雨量爲1661.8毫米，夏季占了13.9%，而冬季只占9%。因此，土壤夏濕冬干，也影響了土熱下傳深度。另外夏季各層地温變化隨深度而有不同，在30公分以上，土層受地面影響較烈，變化比較復雜，30公分以下，大致隨深度而遞减。這種趨勢無論是在上午七時或下午一時，下午七時均系一致，僅在下午一時貼近地面層因太陽輻射最强的緣故梯度很大。因夏季雨水多，土壤潤濕，夏夜短促，冷却不甚烈，即使在30公分以下土層冷却所失的熱是仍能得到深層的迅速補充，失熱微少，故形成了這種兩段土層不同的温度變化。下午一時，表層已經得到較多的熱量，地温迅速上昇，因土壤濕潤，熱量得以迅速傳達下層。至30公分附近因早晨失熱較少，總熱量相對地説來反較多。夏季在下午一時以後，地面仍有强烈的太陽輻射，因此推想到下午二時時，曲綫應成爲由上逐漸遞减的曲綫，下午七時，地面開始冷却，但程度不大，30公分附近因蒸發較上層弱，失熱不多，形成了温度的突出點，30公分以下，則影響甚微，仍保持由上向下遞减狀態。值得注意的是，5公分以下80公分以上各層，最高温度出現時間都在下午一時以後，與冬季情况相似。

　　從上可知：冬季白天上午七時至下午一時，相距8小時，5公分處增温4.4℃，10公分增温1.7℃，30公分處增温1.3℃，40公分處增温0.3℃，60公分以下爲零。這樣算來5-10公分之間較差爲2.7，10-30公分之間爲0.4，30-40公分之間爲1.0，可見晝間表層增温大，深層小。

　　反之，自下午七時至次日早晨七時，地面輻射冷却開始較大，12小時内，5公分處减温3.7℃，10公分减温2.7℃，30公分處减温2.5℃，40公分减温1.1℃，60公分以下各處幾無變化。

　　夏季白天，上午七時至下午一時間相距8小時，5公分處增温2.8℃，10公分增温1.6℃，30公分增温0.9℃，40公分處增温0.3℃，60公分以下爲0，即5-10公分之間較差爲1.3，10-30公分之間爲0.7，30-40公分之間爲0.6，也是表層大，深層小。

　　到下午七時至次晨七時間相距12小時，5公分處减温2.1℃，10公分處1.8℃，30公分處1.2℃，40公分0.6℃，60公分處以下幾無變化。即5-10公分之間較差爲0.3。10-30公分之間爲0.6，30-40公分之間爲0.6。

　　由此可見夏季不論白晝或夜間輻射增熱或輻射冷却，都是夏天比較均匀，冬天各層温差比例較大，這也是由於土壤濕度影響地熱傳導所致。

　　另外，地面層温度（淺草上）與百葉箱内温度相差得較大，他們隨季節變化及天氣情况而不同，以冬季絶對最低温來説，可以相差達6°—7℃。例如1955年1月12日，百葉箱最低温度爲0.0℃，爲廣州幾十年來少見的低温，而同日地面最低温度爲-6.5℃，小池水面邊緣已結成平均約1/3公分的冰塊，而百葉箱中的濕球没有結冰，可見二公尺的氣温和地面草温是有很大差异的。

　　現列舉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氣温相比較：

　　可見氣温愈低，草温愈更低，兩者之温差愈大。冬季兩者的温差最大，氣温最低温度還在0℃以上，而草温早已達0℃以下，這因爲冬季夜間地面先輻射冷却，然後漸而影響氣温所致。

　　總上所述，可得出幾點地温日變化的結論：

　　（1）冬季地面情况影響及土壤下層的深度比夏季淺，冬季達60公分，夏季達80公分，在這以下幾無日變化。

　　（2）夏季不論晝間或夜間增熱或輻射冷却，都是夏天比較均匀。

　　（3）冬季除下午一時10公分以上成遞增外，其餘上午及下午七時和下午一時的10公分土層以下都是向下减温狀態，30公分以内土層則變化較復雜，隨地面的影響而發生向下增加或向下减小的現象。

　　3　後語

　　（1）這篇文章中目的是想通過資料整理得出一些廣州康樂中山大學地温的變化情况，由於所用資料年代比“廣州的氣候”（陳世訓、沈燦燊合著）所用的地温資料較長而詳細，因此，可作爲“廣州的氣候”地温部分初步的補充資料。

　　（2）研究小氣候之一的地温，最好能用各種不同土壤結構及不同覆蓋情况的資料互相比對，但廣州目前尚缺乏這種材料。因此，只能用一般氣象觀測的資料來分析，這是有待隨今後農業氣象觀測資料的增加而補充和修正。

　　（原載：地理學資料，1958。）