土壤温度是陆面过程的重要参量，也是陆地热状况的直接反映，对区域乃至全球气候等有重要影响。土壤温度异常变化受到关注的一个重要原因是土壤温度具有记忆性，这种记忆性对短期气候预测具有重要意义。但由于目前深层土壤温度观测数据缺乏、数值模式对土壤温度记忆性模拟能力有限等问题，土壤温度究竟能影响后期多久的气温等要素仍然存疑。本文基于中国区域较长时段的观测资料和美国宇航局推出的MERRA-2(Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications，Version2)再分析资料，利用非线性因果分析、去趋势的涨落分析等非线性方法，并结合传统的统计方法探讨了近地面气温(SAT)和土壤温度间的相互作用，试图进一步理解土壤温度的记忆性影响SAT的过程并揭示两者的相互联系。取得的主要结论如下:
　　(1)SAT对土壤温度的影响有滞后性，影响强度随土壤深度增大而逐渐衰减且在各个季节及不同区域都有所差异。通常情况下，SAT异常信号传至40cm，80cm和160cm深度的土壤温度(ST40，ST80，ST160)需要的时间分别在1月以内，1-3个月及1-5个月，而传至320cm深度土壤温度(ST320)的时间在某些站点甚至超过了7个月。与其它地区相比，中国东北SAT对土壤温度的影响明显偏弱。对于不同季节，西南和东北地区SAT对土壤温度的影响受季节影响较大，在西南地区该影响秋冬强而春夏弱，在东北地区则为春秋强、夏冬弱。总体而言，SAT对土壤温度的影响在冬季最弱。
　　(2)相对于SAT，积雪和土壤温度持续性对土壤温度的影响有时会更为重要。虽然各季节深度小于80cm的土壤主要受当季SAT影响，但当地面积雪较厚时（如东北地区冬季），积雪阻隔了SAT和土壤温度的相互作用并对深度小于80cm的土壤有保暖作用。由于深层土壤温度有较强的持续性，深度大于80cm的土壤温度则主要受到前一季土壤的热状况即土壤温度的持续性的影响。这种持续性在春季到夏季以及夏季到秋季相对较强，但随着深度增大季节性差异变得不明显。
　　(3)土壤温度和SAT的长期变化趋势有联系但存在区域差异。1960-2013年期间SAT和土壤温度在各季节基本都呈增暖趋势，且增暖在冬春季较强。它们的变化趋势的空间分布较为相似，即在纬度较高地区增暖较强。但与SAT相比，土壤温度的增暖在纬度较高区域更强但在纬度较低区域更弱。在变暖减缓期间(1998-2013年)，虽然SAT和土壤温度趋势在大部分季节和区域较为一致且变暖减缓主要出现在冬春季，但在东北地区冬季SAT趋势明显减小的情况下，各层土壤温度反而呈上升趋势。其中，ST40和ST80的增温是由增厚的积雪造成的。
　　(4)SAT和土壤温度有相似的异常持续性特征。SAT和浅层土壤温度（深度＜20cm）持续性的空间分布特征非常相似，呈西北大、东南小的特点。在中国北方和云南，SAT的异常持续时间为1-2个月，浅层土壤温度的异常持续时间为1-5个月。中国南部大部分站点的SAT的持续时间不到1个月，而土壤温度持续时间随深度加深而增大，在一些站点持续时间为1-3个月。对于较深层的土壤温度(深度＞40cm)，其持续性在不同站点之间的差异较大。ST40，ST80和ST160在大多数站点的异常持续时间在半年以内，个别站点超过11个月，而ST320的异常持续时间基本都超过了11个月。
　　(5)土壤温度对SAT的影响按不同的时间尺度可分为:①土壤温度和次季节尺度SAT异常持续性的联系;②半年尺度土壤温度对后期SAT的可能影响。土壤温度和SAT相互作用的时间尺度和土壤深度有关。在次季节尺度，SAT和土壤温度双向耦合，深度小于80cm的土壤温度对SAT的反馈作用是SAT异常持续一个月的原因。深度大于80cm的土壤温度似乎不能在次季节尺度上影响SAT，但可能在更长的半年尺度上影响SAT:ST160和ST320可以影响同半年和后半年的SAT。在东北至四川盆地东部这一条带状区域和北疆地区，冬半年(10月至次年3月)较高的土壤温度往往对应着后期夏半年（次年4月至9月）较大的地表向上长波辐射和SAT。同样地，夏半年较高的土壤温度也对应后期冬半年较高的SAT。
　　以上结论展示了土壤温度“记忆”前期地表和大气异常信号并影响后期气温的过程，为未来更深入地研究土壤温度记忆性从而利用土壤温度进行气候预测提供了参考。