Wykorzystanie szeregów czasowych do oceny różnic wartości temperatury gleby mierzonej dwiema metodami

W pracy przedstawiono wyniki pomiarów temperatury gleby na głębokości 10 cm pod powierzchnią gleby pod trawnikiem i gleby nieporośniętej. Porównywano dane uzyskane metodą standardową (rtęciowe termometry kolankowe) i za pomocą stacji automatycznej Campbell CR23X. Wykorzystano wartości dobowe z pomiarów wykonanych w Obserwatorium UP Wrocław-Swojec w latach 2000-2009. Średnią dobową temperaturę gleby, mierzoną metodą standardową, obliczano na podstawie 3 terminów pomiarów: godz. 7, 13 i 19 CET. Wartości ze stacji automatycznej były średnią arytmetyczną z 24 raportów godzinnych. Przeprowadzono analizę autokorelacji i autokorelacji cząstkowej wartości różnic dobowych. Analiza autokorelacji cząstkowej potwierdziła istnienie sezonowości. Dekompozycję szeregów czasowych przeprowadzono wykorzystując model addytywny. Wyizolowano składnik sezonowy, trend, wahania długookresowe oraz składnik losowy. Otrzymany wskaźnik sezonowości wynosił -0,8°C oraz 0,8°C, w zależności od pory roku i rodzaju powierzchni. Spośród wszystkich składowych szeregów czasowych, największe wartości uzyskano dla składnika losowego. Wykazano, że skutecznym sposobem sprawdzania homogeniczności serii obserwacyjnych jest ocena częstości występowania różnic między wynikami pomiarów wykonanych za pomocą obu rodzajów stacji. Sezonowość różnic dobowych wartości temperatury gleby wyrażała się wzrostem wielkości różnic w okresie letnim w przypadku temperatury gleby pod powierzchnią nieporośniętą i ich spadkiem w tej samej porze roku pod powierzchnią trawnika; w okresie zimowym zależności były odwrotne.

The paper presents the results of soil temperature measured at a depth of 10 cm under the bare soil and under the lawn. Compared data were obtained from standard methods (mercury thermometers) and using the automatic station Campbell CR23X. Daily measurements were taken at the Observatory UP Wroclaw-Swojec in the period 2000-2009. Standard mean daily soil temperature was calculated based on three terminal measurements: at 7, 13 and 19 CET. Daily value according to the automatic station was the arithmetic mean of the 24-hour reports. An analysis of autocorrelation and partial autocorrelation of daily differences was conducted. Partial autocorrelation analysis confirmed the seasonality. The decomposition of time series was carried out using an additive model. Seasonal component, trend, long-term fluctuation and irregular component were isolated. Obtained seasonal index amounted to -0.8 and 0.8°C, depending on season and the type of surface. From among all time series components, the highest values were obtained for the random component. Performed analysis proved that the assessment of the frequency of differences between results of measurements with both types of stations was an effective way to check the homogeneity of observation series. Seasonality of differences in daily values of soil temperature manifested itself by increasing differences in the summer under bare soil and decreasing differences at the same time under the lawn, in the winter period the relation was reversed.