乌兰布和沙漠东北部磴口绿洲近57年日照时数变化特征

肖彩虹,郝玉光,郭承德,刘芳,董雪

(1.中国林科院沙漠林业实验中心,内蒙古 巴彦淖尔015200;2.磴口县农业推广中心,内蒙古 巴彦淖尔015200)

对气候因素变化趋势的分析是近年来全球环境问题研究的一个热点[1]。日照时数是表示一个地区接受太阳辐射的时间数,是太阳辐射最直接的表现之一[2-4],也是气候变化的重要因素之一。日照时数的长短对农业生产布局和区域生态环境建设具有重要影响。磴口县地处乌兰布和沙漠与河套平原的结合部,同时也是华北与西北的结合部,属于我国草原化荒漠向荒漠化草原的过渡地带,是一条独特的植物地理学分界线[5]。磴口县是全国沙漠化严重发展类型区,风沙危害十分严重。该地区生态系统为荒漠、人工绿洲和农牧交错3种类型。目前对该地区气候的研究主要集中在气温、降水、蒸发等方面[5-7],而对日照时数变化的研究还较少。本文选取该地区1954—2010年近57年逐月日照时数资料,多角度分析该区日照时数变化特征,这对调整农业生产布局和区域生态环境建设具有特殊的意义。

1　研究区概况

磴口县位于乌兰布和沙漠东北部,地处106°09′—107°10′E,40°09′—40°57′N。地貌属蒙古高原,海拔1 030～2 046 m,由山地、沙地、平原3种地形构成。全县总面积41.7万hm2,其中乌兰布和沙漠占68.3%,平原占7.3%。磴口县深处内陆,属于温带大陆型气候,光照充足,热量丰富,昼夜温差大,无霜期短。

2　日照时数变化

2.1　日照时数年代际变化

由表1可知,磴口县多年平均日照时数为3 213 h,年代际变化非常明显。50年代与80年代日照时数明显偏少,其他年代偏多。50—70年代日照时数逐年代递增,80年代日照时数急剧下降至最小,随后从80年代至2001—2010年日照时数又逐年代递增,而且递增幅度明显大于50—70年代,分别达157.2 h与78.8 h。日照时数最小的80年代与日照时数最多的2001—2010年相比,减少了236.0 h。日照时数夏季最大,春季次之,冬季最少。夏、春季分别占全年的28.1%、26.6%,冬季占21.2%。

表1　日照时数年代际变化　　h

四季日照时数年代际变化与全年相同之处是均为80年代日照时数最小。春季日照时数与全年的变化趋势一致,均为50—70年代日照时数逐年代递增,而80年代日照时数最小,随后80年代至2001—2010年日照时数逐年代递增。夏季除70年代较60年代略微偏少0.8 h外,其他变化与春季一致。冬季各年代日照时数变化趋势与全年不同,50年代较低,为负距平,60年代较高为正距平,随后从60—80年代逐年代递减,至80年代达至最低,随后又递增,90年代与2001—2010年日照时数基本持平。但秋季与其他三季不同,从50—80年代日照时数在逐年代递减,随后90年代至2001—2010年又递增,50年代日照时数最大,80年代最小。春季日照时数最大与最小相差70 h;夏季相差94 h;秋季相差33.1 h;冬季相差41.9 h。

从年代际看,50年代除秋季为正距平外,其他各季均为负距平,日照时数偏少。60年代,春季与秋季为负距平,夏季与冬季为正距平。70年代除秋季为负距平,其他三季均为正距平,日照时数偏多,而80年代四季均为负距平,日照时数最少。90年代除夏季日照时数略低于平均值1.9 h外,其他均为正距平,日照时数偏多。2001—2010年四季均为正距平,日照时数最多。

总之,年及四季日照时数各年代际变化规律均为80年代最小,2001-2010年最大;70年代、90年日照时数偏多,50年代日照时数偏少。80年代是日照时数变化的转折期。

2.2　日照时数年际变化

日照时数年距平序列和各季距平序列的变化趋势一元线性回归方程日照倾向率均大于零,但相关系数均未通过0.05水平的显著性检验,说明直线增加趋势不明显。为了反映57年日照时数的平均变化状况,建立年及各季日照时数3年滑动平均序列及二次拟合曲线(见图1至图5)。

拟合曲线方程为：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拟合曲线相关系数通过了0.05水平的显著性检验,R(0.05,55)=0.260 87。

年日照时数距平在-550～262.4 h波动,1954—1965年12年间,日照时数基本在零距平上下波动,且振幅较大;1966—1969年4年间,日照时数均为负距平,日照时数较小;而1970—1974年5年间,日照时数均为正距平,日照时数较大;1975—1982年,日照时数基本在零距平上下波动,但较1954—1965年相比,振幅较小;从1983—1992年,除1987年日照时数略大于零距平外,其余均为负距平,这一期间是日照时数最小的一个时期;1993—2010年,日照时数仅1994、2007年距平为负值外,其他年距平均为正值,为日照时数呈现波动式增加时期。年日照时数极低值出现在1985年,最高值出现在1995年。从3年滑动平均曲线看,大致分3个阶段：1974年之前,日照时数在波动式上升;1974—1992年,日照时数在波动式下降,但在1985年及1992年同时出现2个波谷;1992—2010年,日照时数在波动式上升,于2006年达到波峰,随后又波动小幅下降。从二次拟合曲线看,在70年代中期之前,日照时数呈下降趋势,绝大部分处于负距平,70年代中期之后呈上升趋势,而且上升速度远大于下降速度,并且在90年代之后均处于正距平。

任国玉等[8]分析了1956—2002年我国日照时数的变化,研究表明全国年日照时数具有明显的下降趋势,变化速率为-37.6 h(10 a)-1,而日照减少主要发生在中国东南站,减少最明显的地区是华北和东北地区;虞海燕等[9]分析我国近59(1951—2009)年日照时数变化同样具有明显的下降趋势,其变化率为-36.9 h(10 a)-1,与任国玉等分析的结果相近。而磴口地区年日照时数变化趋势与全国的不同,这与磴口地区所处的特殊地理位置有关。

图1　1954-2010年磴口地区年日照时数变化趋势

春季日照时数距平在-207.6～115.3 h波动,1954—1966年,日照时数基本在零距平上下波动,振幅较大;1967—1982年仅1969、1975、1979、1980年为负距平外,其余均为正距平,日照时数为较多时期;1983—1992年,仅1984、1989年为正距平外,其余均为负距平,日照时数处于大幅下降时期;1993—2010年,除1998、2002、2003年3年为负距平,其余均为正距平,日照时数处于大幅增加时期。从3年滑动平均曲线看,大致分3个阶段：1974年之前,日照时数在波动式上升;1974—1992年,日照时数波动式下降;1992—2010年,日照时数波动式上升,于2007年达到波峰,随后又波动小幅下降。从二次拟合曲线看,在70年代中期之前,日照时数呈下降趋势,均处于负距平,70年代中期之后呈上升趋势,而且上升速度远大于下降速度,并且在90年代之后均处于正距平。

图2　1954—2010年磴口地区春季日照时数变化趋势

图3　1954—2010年磴口地区夏季日照时数变化趋势

夏季日照时数距平在-218.7～120.5 h波动,1954—1961年,日照时数在波动中下降;1962—1982年21年中仅有7年为负距平外,其余均为正距平,日照时数为较多时期;1983—1992年10年间,仅有3年为正距平,其余均为负距平,日照时数处大幅下降时期;1993—2010年18年间仅有3年为负距平,其余均为正距平,日照时数处于大幅增加时期。从3年滑动平均曲线看,大致分3个阶段：1971年之前,日照时数波峰波谷交替出现;1971—1991年,日照时数波动式下降,但在1985年及1991年同时出现2个波谷;1991—2010年,日照时数在波动式上升,于2003年达到波峰,随后又波动下降于2008年的波谷,接着大幅上升达到最高值。从二次拟合曲线看,在70年代中期之前,日照时数呈下降趋势,绝大部分处于负距平,70年代中期之后呈上升趋势,而且上升速度远大于下降速度,并且在90年代之后均处于正距平。

年及春季与夏季从二次拟合曲线来看,均在70年代中期之前,日照时数呈下降趋势,70年代中期之后呈上升趋势,而且上升速度远大于下降速度,并且在90年代之后均处于正距平。

秋季日照时数距平变化幅度较小,在-90.5～68.4 h波动。从3年滑动曲线来看,1986年之前,日照时数波峰、波谷交替出现,并且在波动中下降,于1986年达到最低值,随后又在波动中上升,至2006年达到最高点,接着又持续下降。

冬季日照时数距平在-101.3～142.9 h波动,振动幅度略大于秋季。从3年滑动平均曲线来看,1991年之前,日照时数呈波动下降趋势,于1991年降至最低值,随后持续上升在1997年的波峰,接着又波动增加,于2005年达最高值后又波动下降。

秋季和冬季日照时数二次拟合曲线均未通过0.05水平的显著性检验,说明秋季与冬季日照时数先下降后上升的趋势不明显。

图4　1954-2010年磴口地区秋季日照时数变化趋势

图5　1954-2010年磴口地区冬季日照时数变化趋势

2.3　生长季日照时数年际变化

生长季(4—9月)日照时数是影响作物生长最重要的气象因子之一。生长季日照时数距平序列变化趋势一元线性回归方程日照倾向率大于零,但相关系数未通过0.05水平的显著性检验,说明直线增加趋势不明显。拟合曲线方程为：y=0.077 7 x2-3.267 3 x+15.102,R=0.258 8,仅通过了0.1水平的较显著性检验,R(0.05,55)=0.220 06。但未通过0.05水平的显著性检验,R(0.05,55)=0.260 87。

生长季日照时数距平在-400.4～207.5 h波动。生长季日照时数1954—1965年12年间,日照时数基本在零距平上下波动;1966—1969年4年间,日照时数均为负距平,日照时数较小;而1970—1974年5年间,日照时数均为正距平,日照时数较大;1975—1982年,日照时数基本在零距平上下波动,但较1954—1965年相比,振幅较小;从1983—1992年,除1986、1987年2年日照时数略大于零距平外,其余均为负距平,这一期间是日照时数最小的一个时期;从1993—2010年日照时数仅1994、2002、2007距平为负值外,其他距平均为正值,日照时数呈现波动式增加时期。从3年滑动平均曲线看,大致分3个阶段：1974年之前,日照时数在波动式上升;1974—1992年,日照时数在波动式下降;1992—2010年,日照时数在波动式上升,于2006年达到波峰,随后又波动小幅下降。从二次拟合曲线看,在70年代中期之前,日照时数呈下降趋势,绝大部分处于负距平,70年代中期之后呈上升趋势,而且上升速度远大于下降速度,并且在90年代之后均处于正距平(图6)。

生长季日照时数年际变化与年日照时数变化最相似。生长季日照时数57年平均为1 768.0 h,占全年的55%。说明生长季日照时数的变化对全年的变化趋势起着主导作用。

图6　1954-2010年磴口地区生长季日照时数变化趋势

2.4　日照时数年内分布特征

从图7可知,日照时数年内分布规律为单峰型,5月最大,其次为6月,12月最小。日照时数每年从2月起开始逐渐加强,至5月达到高峰,之后逐渐下降,至12月降至一年中最低。

图7　1954-2010年磴口地区各月平均日照时数

3　结语

3.1年及四季日照时数各年代际变化规律均为80年代最小,2001—2010年最大;70年代、90年代日照时数偏多,50年代日照时数偏少。80年代是日照时数变化的转折期。

3.2日照时数夏季＞春季＞秋季＞冬季,分别占全年的28.1%、26.6%、24.1%和21.2%。日照时数年内分布规律为单峰型,5月最大,其次为6月,12月最小。

3.3日照时数年距平序列和各季距平序列的变化趋势一元线性回归方程日照倾向率均大于零,但相关系数均未通过0.05水平的显著性检验,说明直线增加趋势不明显。只有年及春季和夏季日照时数二次曲线通过了0.05水平的显著性检验,均表现为70年代中期之前,日照时数呈下降趋势,70年代中期之后呈上升趋势,而且上升速度远大于下降速度,并且在90年代之后均处于正距平。

3.4生长季年际日照时数变化与年日照时数变化最相似。生长季日照时数57年平均为1 768.0 h,占全年的55%。说明生长季的日照时数的变化对全年的变化趋势起着主导作用。

参考文献：

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