烏蘭布和沙漠東北部磴口綠洲近57年日照時(shí)數(shù)變化特征

肖彩虹,郝玉光,郭承德,劉芳,董雪

(1.中國林科院沙漠林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心,內(nèi)蒙古 巴彥淖爾015200;2.磴口縣農(nóng)業(yè)推廣中心,內(nèi)蒙古 巴彥淖爾015200)

對氣候因素變化趨勢的分析是近年來全球環(huán)境問題研究的一個(gè)熱點(diǎn)[1]。日照時(shí)數(shù)是表示一個(gè)地區(qū)接受太陽輻射的時(shí)間數(shù),是太陽輻射最直接的表現(xiàn)之一[2-4],也是氣候變化的重要因素之一。日照時(shí)數(shù)的長短對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局和區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有重要影響。磴口縣地處烏蘭布和沙漠與河套平原的結(jié)合部,同時(shí)也是華北與西北的結(jié)合部,屬于我國草原化荒漠向荒漠化草原的過渡地帶,是一條獨(dú)特的植物地理學(xué)分界線[5]。磴口縣是全國沙漠化嚴(yán)重發(fā)展類型區(qū),風(fēng)沙危害十分嚴(yán)重。該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)為荒漠、人工綠洲和農(nóng)牧交錯(cuò)3種類型。目前對該地區(qū)氣候的研究主要集中在氣溫、降水、蒸發(fā)等方面[5-7],而對日照時(shí)數(shù)變化的研究還較少。本文選取該地區(qū)1954—2010年近57年逐月日照時(shí)數(shù)資料,多角度分析該區(qū)日照時(shí)數(shù)變化特征,這對調(diào)整農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局和區(qū)域生態(tài)環(huán)境建設(shè)具有特殊的意義。

1　研究區(qū)概況

磴口縣位于烏蘭布和沙漠東北部,地處106°09′—107°10′E,40°09′—40°57′N。地貌屬蒙古高原,海拔1 030～2 046 m,由山地、沙地、平原3種地形構(gòu)成。全縣總面積41.7萬hm2,其中烏蘭布和沙漠占68.3%,平原占7.3%。磴口縣深處內(nèi)陸,屬于溫帶大陸型氣候,光照充足,熱量豐富,晝夜溫差大,無霜期短。

2　日照時(shí)數(shù)變化

2.1　日照時(shí)數(shù)年代際變化

由表1可知,磴口縣多年平均日照時(shí)數(shù)為3 213 h,年代際變化非常明顯。50年代與80年代日照時(shí)數(shù)明顯偏少,其他年代偏多。50—70年代日照時(shí)數(shù)逐年代遞增,80年代日照時(shí)數(shù)急劇下降至最小,隨后從80年代至2001—2010年日照時(shí)數(shù)又逐年代遞增,而且遞增幅度明顯大于50—70年代,分別達(dá)157.2 h與78.8 h。日照時(shí)數(shù)最小的80年代與日照時(shí)數(shù)最多的2001—2010年相比,減少了236.0 h。日照時(shí)數(shù)夏季最大,春季次之,冬季最少。夏、春季分別占全年的28.1%、26.6%,冬季占21.2%。

表1　日照時(shí)數(shù)年代際變化　　h

四季日照時(shí)數(shù)年代際變化與全年相同之處是均為80年代日照時(shí)數(shù)最小。春季日照時(shí)數(shù)與全年的變化趨勢一致,均為50—70年代日照時(shí)數(shù)逐年代遞增,而80年代日照時(shí)數(shù)最小,隨后80年代至2001—2010年日照時(shí)數(shù)逐年代遞增。夏季除70年代較60年代略微偏少0.8 h外,其他變化與春季一致。冬季各年代日照時(shí)數(shù)變化趨勢與全年不同,50年代較低,為負(fù)距平,60年代較高為正距平,隨后從60—80年代逐年代遞減,至80年代達(dá)至最低,隨后又遞增,90年代與2001—2010年日照時(shí)數(shù)基本持平。但秋季與其他三季不同,從50—80年代日照時(shí)數(shù)在逐年代遞減,隨后90年代至2001—2010年又遞增,50年代日照時(shí)數(shù)最大,80年代最小。春季日照時(shí)數(shù)最大與最小相差70 h;夏季相差94 h;秋季相差33.1 h;冬季相差41.9 h。

從年代際看,50年代除秋季為正距平外,其他各季均為負(fù)距平,日照時(shí)數(shù)偏少。60年代,春季與秋季為負(fù)距平,夏季與冬季為正距平。70年代除秋季為負(fù)距平,其他三季均為正距平,日照時(shí)數(shù)偏多,而80年代四季均為負(fù)距平,日照時(shí)數(shù)最少。90年代除夏季日照時(shí)數(shù)略低于平均值1.9 h外,其他均為正距平,日照時(shí)數(shù)偏多。2001—2010年四季均為正距平,日照時(shí)數(shù)最多。

總之,年及四季日照時(shí)數(shù)各年代際變化規(guī)律均為80年代最小,2001-2010年最大;70年代、90年日照時(shí)數(shù)偏多,50年代日照時(shí)數(shù)偏少。80年代是日照時(shí)數(shù)變化的轉(zhuǎn)折期。

2.2　日照時(shí)數(shù)年際變化

日照時(shí)數(shù)年距平序列和各季距平序列的變化趨勢一元線性回歸方程日照傾向率均大于零,但相關(guān)系數(shù)均未通過0.05水平的顯著性檢驗(yàn),說明直線增加趨勢不明顯。為了反映57年日照時(shí)數(shù)的平均變化狀況,建立年及各季日照時(shí)數(shù)3年滑動(dòng)平均序列及二次擬合曲線(見圖1至圖5)。

擬合曲線方程為：年y=0.146 9 x2-6.478 x+24.587,R=0.3285;春季y=0.049 2 x2-1.997 6 x+3.234 1,R=0.292 06;夏季y=0.051 1 x2-2.084 x+6.982 1,R=0.261。只有年及春季和夏季二次擬合曲線相關(guān)系數(shù)通過了0.05水平的顯著性檢驗(yàn),R(0.05,55)=0.260 87。

年日照時(shí)數(shù)距平在-550～262.4 h波動(dòng),1954—1965年12年間,日照時(shí)數(shù)基本在零距平上下波動(dòng),且振幅較大;1966—1969年4年間,日照時(shí)數(shù)均為負(fù)距平,日照時(shí)數(shù)較小;而1970—1974年5年間,日照時(shí)數(shù)均為正距平,日照時(shí)數(shù)較大;1975—1982年,日照時(shí)數(shù)基本在零距平上下波動(dòng),但較1954—1965年相比,振幅較小;從1983—1992年,除1987年日照時(shí)數(shù)略大于零距平外,其余均為負(fù)距平,這一期間是日照時(shí)數(shù)最小的一個(gè)時(shí)期;1993—2010年,日照時(shí)數(shù)僅1994、2007年距平為負(fù)值外,其他年距平均為正值,為日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)式增加時(shí)期。年日照時(shí)數(shù)極低值出現(xiàn)在1985年,最高值出現(xiàn)在1995年。從3年滑動(dòng)平均曲線看,大致分3個(gè)階段：1974年之前,日照時(shí)數(shù)在波動(dòng)式上升;1974—1992年,日照時(shí)數(shù)在波動(dòng)式下降,但在1985年及1992年同時(shí)出現(xiàn)2個(gè)波谷;1992—2010年,日照時(shí)數(shù)在波動(dòng)式上升,于2006年達(dá)到波峰,隨后又波動(dòng)小幅下降。從二次擬合曲線看,在70年代中期之前,日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢,絕大部分處于負(fù)距平,70年代中期之后呈上升趨勢,而且上升速度遠(yuǎn)大于下降速度,并且在90年代之后均處于正距平。

任國玉等[8]分析了1956—2002年我國日照時(shí)數(shù)的變化,研究表明全國年日照時(shí)數(shù)具有明顯的下降趨勢,變化速率為-37.6 h(10 a)-1,而日照減少主要發(fā)生在中國東南站,減少最明顯的地區(qū)是華北和東北地區(qū);虞海燕等[9]分析我國近59(1951—2009)年日照時(shí)數(shù)變化同樣具有明顯的下降趨勢,其變化率為-36.9 h(10 a)-1,與任國玉等分析的結(jié)果相近。而磴口地區(qū)年日照時(shí)數(shù)變化趨勢與全國的不同,這與磴口地區(qū)所處的特殊地理位置有關(guān)。

圖1　1954-2010年磴口地區(qū)年日照時(shí)數(shù)變化趨勢

春季日照時(shí)數(shù)距平在-207.6～115.3 h波動(dòng),1954—1966年,日照時(shí)數(shù)基本在零距平上下波動(dòng),振幅較大;1967—1982年僅1969、1975、1979、1980年為負(fù)距平外,其余均為正距平,日照時(shí)數(shù)為較多時(shí)期;1983—1992年,僅1984、1989年為正距平外,其余均為負(fù)距平,日照時(shí)數(shù)處于大幅下降時(shí)期;1993—2010年,除1998、2002、2003年3年為負(fù)距平,其余均為正距平,日照時(shí)數(shù)處于大幅增加時(shí)期。從3年滑動(dòng)平均曲線看,大致分3個(gè)階段：1974年之前,日照時(shí)數(shù)在波動(dòng)式上升;1974—1992年,日照時(shí)數(shù)波動(dòng)式下降;1992—2010年,日照時(shí)數(shù)波動(dòng)式上升,于2007年達(dá)到波峰,隨后又波動(dòng)小幅下降。從二次擬合曲線看,在70年代中期之前,日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢,均處于負(fù)距平,70年代中期之后呈上升趨勢,而且上升速度遠(yuǎn)大于下降速度,并且在90年代之后均處于正距平。

圖2　1954—2010年磴口地區(qū)春季日照時(shí)數(shù)變化趨勢

圖3　1954—2010年磴口地區(qū)夏季日照時(shí)數(shù)變化趨勢

夏季日照時(shí)數(shù)距平在-218.7～120.5 h波動(dòng),1954—1961年,日照時(shí)數(shù)在波動(dòng)中下降;1962—1982年21年中僅有7年為負(fù)距平外,其余均為正距平,日照時(shí)數(shù)為較多時(shí)期;1983—1992年10年間,僅有3年為正距平,其余均為負(fù)距平,日照時(shí)數(shù)處大幅下降時(shí)期;1993—2010年18年間僅有3年為負(fù)距平,其余均為正距平,日照時(shí)數(shù)處于大幅增加時(shí)期。從3年滑動(dòng)平均曲線看,大致分3個(gè)階段：1971年之前,日照時(shí)數(shù)波峰波谷交替出現(xiàn);1971—1991年,日照時(shí)數(shù)波動(dòng)式下降,但在1985年及1991年同時(shí)出現(xiàn)2個(gè)波谷;1991—2010年,日照時(shí)數(shù)在波動(dòng)式上升,于2003年達(dá)到波峰,隨后又波動(dòng)下降于2008年的波谷,接著大幅上升達(dá)到最高值。從二次擬合曲線看,在70年代中期之前,日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢,絕大部分處于負(fù)距平,70年代中期之后呈上升趨勢,而且上升速度遠(yuǎn)大于下降速度,并且在90年代之后均處于正距平。

年及春季與夏季從二次擬合曲線來看,均在70年代中期之前,日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢,70年代中期之后呈上升趨勢,而且上升速度遠(yuǎn)大于下降速度,并且在90年代之后均處于正距平。

秋季日照時(shí)數(shù)距平變化幅度較小,在-90.5～68.4 h波動(dòng)。從3年滑動(dòng)曲線來看,1986年之前,日照時(shí)數(shù)波峰、波谷交替出現(xiàn),并且在波動(dòng)中下降,于1986年達(dá)到最低值,隨后又在波動(dòng)中上升,至2006年達(dá)到最高點(diǎn),接著又持續(xù)下降。

冬季日照時(shí)數(shù)距平在-101.3～142.9 h波動(dòng),振動(dòng)幅度略大于秋季。從3年滑動(dòng)平均曲線來看,1991年之前,日照時(shí)數(shù)呈波動(dòng)下降趨勢,于1991年降至最低值,隨后持續(xù)上升在1997年的波峰,接著又波動(dòng)增加,于2005年達(dá)最高值后又波動(dòng)下降。

秋季和冬季日照時(shí)數(shù)二次擬合曲線均未通過0.05水平的顯著性檢驗(yàn),說明秋季與冬季日照時(shí)數(shù)先下降后上升的趨勢不明顯。

圖4　1954-2010年磴口地區(qū)秋季日照時(shí)數(shù)變化趨勢

圖5　1954-2010年磴口地區(qū)冬季日照時(shí)數(shù)變化趨勢

2.3　生長季日照時(shí)數(shù)年際變化

生長季(4—9月)日照時(shí)數(shù)是影響作物生長最重要的氣象因子之一。生長季日照時(shí)數(shù)距平序列變化趨勢一元線性回歸方程日照傾向率大于零,但相關(guān)系數(shù)未通過0.05水平的顯著性檢驗(yàn),說明直線增加趨勢不明顯。擬合曲線方程為：y=0.077 7 x2-3.267 3 x+15.102,R=0.258 8,僅通過了0.1水平的較顯著性檢驗(yàn),R(0.05,55)=0.220 06。但未通過0.05水平的顯著性檢驗(yàn),R(0.05,55)=0.260 87。

生長季日照時(shí)數(shù)距平在-400.4～207.5 h波動(dòng)。生長季日照時(shí)數(shù)1954—1965年12年間,日照時(shí)數(shù)基本在零距平上下波動(dòng);1966—1969年4年間,日照時(shí)數(shù)均為負(fù)距平,日照時(shí)數(shù)較小;而1970—1974年5年間,日照時(shí)數(shù)均為正距平,日照時(shí)數(shù)較大;1975—1982年,日照時(shí)數(shù)基本在零距平上下波動(dòng),但較1954—1965年相比,振幅較小;從1983—1992年,除1986、1987年2年日照時(shí)數(shù)略大于零距平外,其余均為負(fù)距平,這一期間是日照時(shí)數(shù)最小的一個(gè)時(shí)期;從1993—2010年日照時(shí)數(shù)僅1994、2002、2007距平為負(fù)值外,其他距平均為正值,日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)式增加時(shí)期。從3年滑動(dòng)平均曲線看,大致分3個(gè)階段：1974年之前,日照時(shí)數(shù)在波動(dòng)式上升;1974—1992年,日照時(shí)數(shù)在波動(dòng)式下降;1992—2010年,日照時(shí)數(shù)在波動(dòng)式上升,于2006年達(dá)到波峰,隨后又波動(dòng)小幅下降。從二次擬合曲線看,在70年代中期之前,日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢,絕大部分處于負(fù)距平,70年代中期之后呈上升趨勢,而且上升速度遠(yuǎn)大于下降速度,并且在90年代之后均處于正距平(圖6)。

生長季日照時(shí)數(shù)年際變化與年日照時(shí)數(shù)變化最相似。生長季日照時(shí)數(shù)57年平均為1 768.0 h,占全年的55%。說明生長季日照時(shí)數(shù)的變化對全年的變化趨勢起著主導(dǎo)作用。

圖6　1954-2010年磴口地區(qū)生長季日照時(shí)數(shù)變化趨勢

2.4　日照時(shí)數(shù)年內(nèi)分布特征

從圖7可知,日照時(shí)數(shù)年內(nèi)分布規(guī)律為單峰型,5月最大,其次為6月,12月最小。日照時(shí)數(shù)每年從2月起開始逐漸加強(qiáng),至5月達(dá)到高峰,之后逐漸下降,至12月降至一年中最低。

圖7　1954-2010年磴口地區(qū)各月平均日照時(shí)數(shù)

3　結(jié)語

3.1年及四季日照時(shí)數(shù)各年代際變化規(guī)律均為80年代最小,2001—2010年最大;70年代、90年代日照時(shí)數(shù)偏多,50年代日照時(shí)數(shù)偏少。80年代是日照時(shí)數(shù)變化的轉(zhuǎn)折期。

3.2日照時(shí)數(shù)夏季＞春季＞秋季＞冬季,分別占全年的28.1%、26.6%、24.1%和21.2%。日照時(shí)數(shù)年內(nèi)分布規(guī)律為單峰型,5月最大,其次為6月,12月最小。

3.3日照時(shí)數(shù)年距平序列和各季距平序列的變化趨勢一元線性回歸方程日照傾向率均大于零,但相關(guān)系數(shù)均未通過0.05水平的顯著性檢驗(yàn),說明直線增加趨勢不明顯。只有年及春季和夏季日照時(shí)數(shù)二次曲線通過了0.05水平的顯著性檢驗(yàn),均表現(xiàn)為70年代中期之前,日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢,70年代中期之后呈上升趨勢,而且上升速度遠(yuǎn)大于下降速度,并且在90年代之后均處于正距平。

3.4生長季年際日照時(shí)數(shù)變化與年日照時(shí)數(shù)變化最相似。生長季日照時(shí)數(shù)57年平均為1 768.0 h,占全年的55%。說明生長季的日照時(shí)數(shù)的變化對全年的變化趨勢起著主導(dǎo)作用。

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