Zmienność przestrzenna temperatury gleby w Polsce

Celem badań było rozpoznanie i określenie przestrzennej zmienności temperatury w powierzchniowej warstwie gleby na obszarze Polski. Do badań wykorzystano dane pomiarowe wykonane w latach 1961-1975 w 88 stacjach meteorologicznych. Rozpatrywano jednomiesięczne okresy temperatur pochodzące z głębokości 5 cm. Do analiz zastosowano metody statystyczne i geostatystyczne. Rozpoznano zmienność przestrzenną temperatury gleby, wykorzystując empiryczne semiwariogramy oraz dopasowane do nich modele, dla których wyznaczono wartości samorodków, wartości progów wysycenia semiwariancji oraz zakresów przestrzennej zależności. Obliczono również wymiary fraktalne. Następnie, stosując metodę krigingu, na podstawie danych punktowych, wyznaczono powierzchniowe rozkłady temperatury gleby na obszarze Polski. Stwierdzono istotną i silną przestrzenną zależność temperatury gleby. Najlepiej dopasowanym modelem matematycznym semiwariogramu empirycznego była funkcja sferyczna z zakresem od 290 do 880 km. Wartości samorodka, wysycenia, jak i wymiaru fraktalnego rosły w okresie letnim, malały od jesieni do wiosny z najniższymi wartościami na koniec jesieni i początek zimy. Wskazują one, że w okresie wiosenno-letnim zachodzą dodatkowe procesy modyfikujące temperaturę gleby, głównie w wyniku bardziej zróżnicowanych opadów deszczu i większych zawartości frakcji piasku w środkowej części Polski. Semiwariogramy powierzchniowe wskazują na występowanie zmieniającej się w czasie anizotropii w rozkładzie temperatury gleby. Przestrzenne rozkłady temperatury gleby ukazują znaczące jej zróżnicowanie na obszarze Polski z ukierunkowaniem południkowym w okresie jesienno-zimowym i równoleżnikowym w okresie wiosenno-letnim.

The aim of the study was to determine the spatial variability of monthly mean soil temperature at a depth of 5 cm in Poland. Soil temperature data from 88 meteorological stations in the years 1961-1975 were used. The measurement data were analyzed using statistical and geostatistical methods. Spatial variability of soil temperature was recognized based on the empirical semivariograms, adjusted models and semivariogram parameters i.e. values of nugget, sill, range of spatial dependency and calculated fractal dimensions. The spatial distribution of surface soil temperature was determined from measurement points data, using the kriging method. Significant and strong spatial dependence of soil temperature with a range from 290 to 880 km was found, and the shape of this relationship was spherical. The values of the nugget, sill and fractal dimension increased during the summer period and decreased from autumn to spring and were the lowest at the end of autumn and at the beginning of winter. These data indicate that during the spring and summer the spatial variability of the soil temperature is mostly modified by diversified precipitation and a higher content of sand fraction in the central part of Poland. Surface semivariograms indicate the occurrence of anisotropy in the soil temperature distribution that changed with time. Spatial distributions of soil temperature show significant diversification in the territory of Poland with longitudinal orientation in autumn and winter and latitudinal in spring and summer.