隴東地區(qū)日照變化特征及其影響分析

任繼幫

摘要：為充分利用隴東地區(qū)日照資源發(fā)展當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)農(nóng)業(yè)、開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能源及建設(shè)宜居城鎮(zhèn)提供理論依據(jù)，利用有代表性的西峰區(qū)、崆峒區(qū)及環(huán)縣的氣象資料分析該地區(qū)日照時(shí)數(shù)的年際變化特征，并利用Mann-Kendall法對(duì)日照時(shí)數(shù)的突變進(jìn)行了檢驗(yàn)。結(jié)果表明，隴東地區(qū)日照時(shí)數(shù)變化呈減少趨勢(shì)，減少速率為崆峒區(qū)>西峰區(qū)>環(huán)縣，崆峒區(qū)的日照時(shí)數(shù)減少最為明顯，但各地的日照時(shí)數(shù)減少速率均小于全國(guó)平均值。各地日照時(shí)數(shù)的年季變化各具特點(diǎn)，近10年年日照時(shí)數(shù)均偏少，夏季、秋季、冬季亦偏少。各地的日照時(shí)數(shù)突變期不盡相同，崆峒區(qū)發(fā)生了2次明顯的突變，突變時(shí)間最早，西峰區(qū)突變時(shí)間最遲?？傮w來(lái)看，隴東地區(qū)日照資源較為豐富，有利于太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用、提高農(nóng)作物光合作用效能、發(fā)展特色農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境建設(shè)。在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中要因地制宜，結(jié)合作物生長(zhǎng)的光特性，適當(dāng)引種，合理布局，充分提高光能利用效率，大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)及特色農(nóng)業(yè)，提高作物品質(zhì)及產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：日照時(shí)數(shù);變化特征;影響分析;隴東地區(qū)

Abstract： To provide theoretical basis for making full use of sunshine resources to develop local ecological agriculture， develop and utilize solar energy， and construct livable urban in eastern Gansu province， the meteorological data of representative area including Xifeng district， Kongtong district and Huanxian county was used to analyze the interannual variation characteristics of sunshine hours and tested the sudden change of sunshine hours by Mann-Kendall method. The results showed that the change of sunshine hours in eastern Gansu province showd a decreasing trend， the reduction rate was followed as orders of Kongtong district， Xifeng district and Huanxiancounty from big to small， and the sunshine hours in Kongtong decreased most obviously， but the reduction rate of sunshine hours was less than that of the whole country. The annual variation of sunshine hours in different regions had its own characteristics. In the past ten years， the annual sunshine hours were on the low side， and in summer， autumn and winter， they were also on the low side. The sudden change periods of sunshine hours were different， there were two obvious mutations in Kongtong district， with the earliest mutation time， and the latest mutation time of Xifeng district. On the whole， the sunshine resources in eastern Gansu province are relatively abundant， which is conducive to the develope and utilize of solar energy， improve crop photosynthesis efficiency， develope characteristic agriculture and construct ecological environment. In the planning of agricultural industry development， we should take measures according to local conditions， combine with the light characteristics of crop growth， introducing crops appropriately， arranging reasonably， making full use of light energy efficiency， to vigorously develop facility agriculture and characteristic agriculture， and improve crop quality and yield.

Key words： sunshine hours; change characteristics; impact analysis; eastern Gansu province

日照是太陽(yáng)活動(dòng)最主要的表現(xiàn)形式，是氣候變化的驅(qū)動(dòng)力[1]。它是重要的氣候資源，是表征當(dāng)?shù)貧夂蛱卣鞯闹匾獨(dú)庀笠刂?，更是人?lèi)社會(huì)生活、農(nóng)作物生長(zhǎng)不可缺少的條件。日照時(shí)數(shù)是太陽(yáng)輻射能量的最直接表現(xiàn)，它的變化能影響到其他氣象要素變化和熱通量的分布。研究分析氣候和環(huán)境的變化對(duì)日照時(shí)數(shù)的影響及其分布規(guī)律、變化趨勢(shì)可為氣候資源利用、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、作物的引進(jìn)和布局調(diào)整及太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用提供決策依據(jù)[2]。

近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)區(qū)域日照變化特征及影響因素做了研究。趙東等[3]研究了1961—2007年全國(guó)的日照演變特征，指出中國(guó)日照時(shí)數(shù)總體呈下降趨勢(shì)且具有明顯的季節(jié)和局地差異，夏季和冬季下降最明顯，下降主要發(fā)生在東部及南方大部分地區(qū)，其中以華北平原降幅最大，氣候濕潤(rùn)化是造成西部日照下降的主要原因。陳少勇等[4]研究了西北地區(qū)135個(gè)測(cè)站 47年的日照時(shí)數(shù)變化特征，指出西北地區(qū)的日照時(shí)數(shù)從東南向西北減少， 甘青新交界區(qū)是西北地區(qū)日照的高值區(qū)，冬季日照最少，夏季最多，春季多于秋季，西北地區(qū)大部分地方日照時(shí)數(shù)顯著減少。黃小燕等[5]研究表明，近50年西北地區(qū)日照時(shí)數(shù)平均每10年減少13.6 h，1981年發(fā)生突變，以夏季、冬季的減少趨勢(shì)最顯著。買(mǎi)苗等[6]研究分析了黃河流域日照百分率的氣候變化趨勢(shì)，結(jié)果表明整個(gè)流域平均日照百分率呈明顯下降趨勢(shì)，下降主要表現(xiàn)在夏季和冬季，春季和秋季下降不明顯。

隴東地區(qū)地處西北地區(qū)東部，位于青藏高原東北側(cè)，為黃土高原溝壑區(qū)，地形地貌復(fù)雜多樣，四季冷熱干濕分明，光照充足，晝夜溫差大。在全球氣候變化背景下，隴東地區(qū)氣候亦發(fā)生相應(yīng)變化，災(zāi)害天氣多發(fā)、頻發(fā)，干旱化趨勢(shì)較為明顯，季節(jié)旱澇存在較大的空間分布差異[7]，平均氣溫呈上升趨勢(shì)，冬季、春季的增溫趨勢(shì)最為明顯[8]，熱量資源增加，終霜日提前，無(wú)霜期延長(zhǎng)[9]。這些現(xiàn)象應(yīng)該與太陽(yáng)輻射及日照時(shí)數(shù)的變化有相互關(guān)系，同時(shí)，日照時(shí)數(shù)的長(zhǎng)短與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展、太陽(yáng)能源開(kāi)發(fā)利用及宜居城鎮(zhèn)建設(shè)有直接關(guān)系。因此，分析研究隴東地區(qū)日照變化特征有著重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)意義。

1 資料與方法

1.1 資料

選取隴東地區(qū)有代表性的3個(gè)縣（區(qū)）1960—2018年共59年的日照資料進(jìn)行分析，3個(gè)縣（區(qū)）分別為平?jīng)鍪械尼轻紖^(qū)，代表西部殘塬山川地形;慶陽(yáng)市的西峰區(qū)，代表中部平塬溝壑地形;環(huán)縣，代表北部的山地丘陵地形。

1.2 方法

按照氣候?qū)W上常用的方法進(jìn)行季節(jié)劃分，即3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至次年2月為冬季[10]。利用傾向率分析日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)及程度，利用Mann-Kendall法進(jìn)行日照時(shí)數(shù)突變檢驗(yàn)。日照時(shí)數(shù)資料采用Microsoft Office Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 日照時(shí)數(shù)變化特征

2.1.1 日照時(shí)數(shù)年變化特征 隴東地區(qū)北部環(huán)縣日照最為充足，年平均為2 553.9 h，1960年以來(lái)最多日照年份在北部地區(qū)，年較差最小，但日照時(shí)數(shù)的年變化較大;西部崆峒區(qū)年日照時(shí)數(shù)最少，為多年最少日照時(shí)數(shù)出現(xiàn)地（表1）。各地年日照時(shí)數(shù)的平均差值為179.0 h，最大差值為653.4～1 054.2 h，年際差異較大。從1960年以來(lái)隴東地區(qū)年日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)來(lái)看，大多數(shù)年份西峰區(qū)、崆峒區(qū)、環(huán)縣的變化一致，總體呈減少趨勢(shì)（圖1），減少的速率為崆峒區(qū)>西峰區(qū)>環(huán)縣，崆峒區(qū)的日照時(shí)數(shù)減少最為明顯，減少量為18.7 h/10年。各地的日照時(shí)數(shù)減少速率均小于全國(guó)平均值[11]?？傮w來(lái)看，隴東地區(qū)日照資源較為豐富，有利于太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用、提高農(nóng)作物光合作用效能、發(fā)展特色農(nóng)業(yè)及生態(tài)環(huán)境建設(shè)，在產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中要因地制宜，結(jié)合作物生長(zhǎng)的光特性，提高光能利用效率，提升作物增產(chǎn)潛力。

2.1.2 日照時(shí)數(shù)的季變化特征 隴東地區(qū)20世紀(jì)60—70年代、90年代至21世紀(jì)前10年為日照充足時(shí)期，西峰區(qū)、崆峒區(qū)、環(huán)縣的日照時(shí)數(shù)分別在20世紀(jì)90年代、20世紀(jì)70年代、21世紀(jì)前10年最多（表2）。20世紀(jì)80年代為日照時(shí)數(shù)明顯偏少時(shí)期，北部偏少最多。21世紀(jì)前10年，各地日照時(shí)數(shù)均偏多。春季日照時(shí)數(shù)1960—1990年為持續(xù)偏少期，1991—2018年為偏多時(shí)期，且總體呈偏多變化趨勢(shì)，有利于春季越冬作物及牧草返青、果樹(shù)的萌動(dòng)。夏季、冬季各地日照時(shí)數(shù)整體上為減少趨勢(shì)，秋季日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)不明顯。值得注意的是，近10年來(lái)，夏季、秋季及冬季日照時(shí)數(shù)均偏少，秋季偏少最為顯著，對(duì)當(dāng)?shù)卮罅Πl(fā)展的蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)有不利影響，使得蘋(píng)果著色緩慢，商品率降低。光照不足伴隨低溫陰雨，影響秋季作物灌漿成熟。冬季是設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵時(shí)期，需要充足的光照及其他適宜的氣象條件，日照時(shí)數(shù)偏少對(duì)設(shè)施溫棚蔬菜生產(chǎn)有不利影響，尤其遭遇低溫凍害天氣易受災(zāi)。

2.2 日照時(shí)數(shù)的突變檢驗(yàn)

在全球氣候變化背景下，生態(tài)環(huán)境的許多要素亦發(fā)生了相應(yīng)的變化[12]。氣象要素的突變對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、作物品質(zhì)提升及災(zāi)害應(yīng)對(duì)有一定影響，因此研究日照時(shí)數(shù)的突變分析是對(duì)日照時(shí)數(shù)變化規(guī)律的重要認(rèn)識(shí)。為了檢驗(yàn)1960年以來(lái)隴東地區(qū)日照時(shí)數(shù)是否發(fā)生突變，采用氣候突變檢測(cè)中最常用的Mann-Kendall法[13]對(duì)西峰區(qū)、崆峒區(qū)、環(huán)縣的日照時(shí)數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。由于地形、氣候等原因，隴東各地的日照變化各具特征，西峰區(qū)在20世紀(jì)60—70年代日照時(shí)數(shù)波動(dòng)上升，在1982年開(kāi)始呈減少趨勢(shì)，80年代中期減少趨勢(shì)增強(qiáng)，并通過(guò)了0.01的顯著水平臨界值，1997年轉(zhuǎn)為增多趨勢(shì)，2005—2018年又為減少趨勢(shì)，在2014年發(fā)生突變（圖2）。崆峒區(qū)從1984年開(kāi)始呈減少趨勢(shì)，到目前一直維持偏少態(tài)勢(shì)，并在1988、2012年發(fā)生了突變（圖3）。環(huán)縣從1972年開(kāi)始呈偏少趨勢(shì)，80年代初偏少趨勢(shì)增強(qiáng)，并在1988年通過(guò)了0.05顯著水平的臨界值，1993年發(fā)生突變，日照時(shí)數(shù)為增多趨勢(shì)，2012年開(kāi)始又呈減少趨勢(shì)（圖4）。其中慶陽(yáng)市西峰區(qū)日照時(shí)數(shù)的突變時(shí)間比冬半年最低氣溫及降水的突變時(shí)間偏遲[14，15]。

2.3 日照時(shí)數(shù)變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響

日照時(shí)數(shù)是當(dāng)?shù)貧夂蛱卣髯顬橹匾臍庀笠刂?，是農(nóng)作物生長(zhǎng)必不可少的條件[16]。隴東地區(qū)以“雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)”為主，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)種植以冬小麥、玉米、油料為主，近年由于產(chǎn)業(yè)培育及農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，特色林果業(yè)及設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展迅猛，成為當(dāng)?shù)鼐珳?zhǔn)脫貧與發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)?？傮w來(lái)看，隴東地區(qū)的日照資源較為豐富，西峰區(qū)、環(huán)縣高于全國(guó)日照時(shí)數(shù)平均值，尤其環(huán)縣高于全國(guó)平均值120余小時(shí)，但減少速率明顯小于全國(guó)平均值，為大力發(fā)展太陽(yáng)能利用、引進(jìn)喜光作物及發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)提供了有利條件。日照時(shí)間充足，玉米、特色林果業(yè)等光合作用增強(qiáng)，制造的有機(jī)物質(zhì)增多，質(zhì)量和產(chǎn)量均有所提升，作物增產(chǎn)潛力增加[17]。但隴東地區(qū)伏期易發(fā)生干旱，充足的光照增加了地面蒸發(fā)及植物蒸騰，使旱情發(fā)展有所加劇。

3 結(jié)論

1960年以來(lái)隴東地區(qū)日照時(shí)數(shù)變化呈減少趨勢(shì)，減少速率為崆峒區(qū)>西峰區(qū)>環(huán)縣，崆峒的日照時(shí)數(shù)減少最為明顯，各地的日照時(shí)數(shù)減少速率均小于全國(guó)平均值。北部環(huán)縣地區(qū)日照時(shí)數(shù)年較差最小，日照資源最為豐富;西部地區(qū)崆峒日照時(shí)數(shù)最少，為隴東地區(qū)多年最少日照時(shí)數(shù)出現(xiàn)地。

隴東地區(qū)20世紀(jì)60—70年代、90年代至21世紀(jì)前10年為日照充足時(shí)期，20世紀(jì)80年代為日照時(shí)數(shù)明顯偏少時(shí)期，北部偏少最多，近10年各地年日照時(shí)數(shù)均偏少。春季日照時(shí)數(shù)為偏多變化趨勢(shì)，夏季、冬季日照時(shí)數(shù)為減少趨勢(shì)，秋季日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)不明顯。

利用Mann-Kendall法對(duì)日照時(shí)數(shù)的突變檢驗(yàn)表明，西峰區(qū)1960年以來(lái)日照時(shí)數(shù)經(jīng)歷了增加—減少—增加—減少的演變過(guò)程，在2010年首次發(fā)生突變;崆峒區(qū)從1984年開(kāi)始到現(xiàn)在一直維持偏少態(tài)勢(shì)，亦在2010年發(fā)生了突變;環(huán)縣日照時(shí)數(shù)增加時(shí)間與減少時(shí)間大體相當(dāng)，在1993年發(fā)生突變。其中，隴東慶陽(yáng)市西峰區(qū)的日照時(shí)數(shù)的突變時(shí)間比冬半年最低氣溫及降水的突變時(shí)間偏遲。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)作物的光合作用與日照時(shí)數(shù)密切相關(guān)[18]?？傮w來(lái)看，隴東地區(qū)日照資源較為豐富，尤其環(huán)縣、西峰區(qū)的日照時(shí)數(shù)多于全國(guó)平均值，有利于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的更新?lián)Q代及冬季設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的大力培植發(fā)展，但需要注意的是，近10年日照時(shí)間呈偏少趨勢(shì)，在溫室蔬菜管理中應(yīng)引起重視。西峰區(qū)、崆峒區(qū)應(yīng)繼續(xù)結(jié)合農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力發(fā)展特色林果業(yè)及小雜糧作物，崆峒區(qū)還應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展壯大。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是綜合氣象要素共同作用的結(jié)果，本研究只分析了日照時(shí)數(shù)的影響，與其他氣象要素的共同影響今后需進(jìn)一步研究。

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