RESEARCH PAPER
Spatial variability of soil temperature in Poland
Edyta Rojek 1  
,  
 
 
More details
Hide details
1
Zakład Metrologii i Modelowania Procesów Agrofizycznych, Instytut Agrofizyki PAN
CORRESPONDING AUTHOR
Bogusław Usowicz   

Zakład Metrologii i Modelowania Procesów Agrofizycznych, Instytut Agrofizyki PAN, ul Doświadczalna 4, 20-280 Lublin, Polska
Publication date: 2018-09-19
Acceptance date: 2018-09-10
 
Acta Agroph. 2018, 25(3), 289–305
KEYWORDS
TOPICS
ABSTRACT
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.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Zmienność przestrzenna temperatury gleby w Polsce
temperatura gleby, zmienność przestrzenna, geostatystyka, anizotropia, wymiar fraktalny, rozkład przestrzenny
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.
 
REFERENCES (18)
1.
Burrough P.A., 1981. Fractal dimensions of landscapes and other environmental data. Nature, 294, 240-242, doi:10.1038/294240a0.
 
2.
Chien Y.J., Lee D.Y., Guo H.Y., Houng K.H., 1997. Geostatistical analysis of soil properties of Mid-west Taiwan soils. Soil Science, 162: 291-298, doi:10.1097/00010694-199704000-00007.
 
3.
Ciaranek D., 2013. Wpływ warunków pogodowych na przebieg temperatury gleby w Ogrodzie Botanicznym Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie. Prace Geograficzne, 133, 77-99, doi: 10.4467/20833113PG.13.012.1102.
 
4.
Gamma Design Software: GS+ Geostatistics for the Environmental Software version 9. 2008. http://www.gammadesign.com.
 
5.
Jakusik E., Owczarek M., 2008. Zmienność temperatury gruntu na polskim wybrzeżu. Acta Agroph., 12(2), 367-380.
 
6.
Janik G., 2005. Spatial variability of soil moisture in grassland. International Agrophys., 19, 37-45.
 
7.
Kędziora A., 1995. Prognoza zmian klimatycznych. W: Prognoza ostrzegawcza zmian środowiskowych warunków życia człowieka w Polsce na pocz¹tku XXI wieku. Praca zb. pod red. S. Kozłowski. PAN, Kom. Nauk. Człowiek i Środow., 10, 97-132.
 
8.
Komisarek J., 2008. Przestrzenna ocena zawartości miedzi i cynku w leśnych glebach płowych bielicowanych powierzchni testowej “Wigry” zintegrowanego monitoringu środowiska przyrodniczego. Nauka Przyroda Technologie, 2(3).
 
9.
Kossowski J., 2007. O relacji między strumieniem ciepła w glebie a promieniowaniem słonecznym. Acta Agroph., 10, 121-135.
 
10.
Koźmiński C., 1981. Temperatura gleby na głębokości 5 centymetrów w Polsce. AR Szczecin, IUNG Puławy.
 
11.
Michalska B., Nidzgorska-Lencewicz J., 2010. Dobowa zmienność temperatury w profilu gleby porośniętej w stacji meteorologicznej w Ostoi. Folia Pomer. Univ. Technol. Stetin. Agric., Aliment., Pisc., Zootech., 279(15), 63-72.
 
12.
Shahbazi F., i in., 2013. Geostatistical analysis for predicting soil biological maps under different scenarios of land use. Eur. J. Soil Biol., 55, 20-27, doi: 10.1016/j.ejsobi.2012.10.009 https://doi.org/10.1016/j.ejso....
 
13.
StatSoft Software Statistica 10, 2011. Elektroniczny podręcznik statystyki PL, http://www.statsoft.pl/textboo....
 
14.
Usowicz B., Rejman J., 2000. Zmienność przestrzenna temperatury gleby w przypowierzchniowej warstwie gleby płowej na zboczu lessowym. Acta Agroph., 34, 189-197.
 
15.
Usowicz B., Usowicz Ł., 2004. Punktowe pomiary wilgotności gleby a jej przestrzenny rozkład na polach uprawnych. Acta Agroph., 4(2), 573-588.
 
16.
Walczak R., Usowicz B., 1994. Variability of moisture, temperature and thermal properties in bare soil in crop field. International Agrophys., 8, 161-168.
 
17.
Wojkowski J., Skowera B., 2017. Związek temperatury gleby z temperaturą powietrza w warunkach jurajskiej doliny rzecznej. Ecol. Eng., 18(1), 18-26, doi: 10.12912/23920629/65855 https://doi.org/10.12912/23920....
 
18.
Zawadzki J., 2011. Metody geostatystyczne dla kierunków przyrodniczych i technicznych. Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej,.
 
eISSN:2300-6730
ISSN:1234-4125