肖彩虹,郝玉光,郭承德,劉芳,董雪

(1.中國林科院沙漠林業(yè)實驗中心,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)境問題研究的一個熱點[1]。日照時數(shù)是表示一個地區(qū)接受太陽輻射的時間數(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,是一條獨特的植物地理學(xué)分界線[5]。磴口縣是全國沙漠化嚴重發(fā)展類型區(qū),風(fēng)沙危害十分嚴重。該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)為荒漠、人工綠洲和農(nóng)牧交錯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年逐月日照時數(shù)資料,多角度分析該區(qū)日照時數(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　日照時數(shù)變化

2.1　日照時數(shù)年代際變化

由表1可知,磴口縣多年平均日照時數(shù)為3 213 h,年代際變化非常明顯。50年代與80年代日照時數(shù)明顯偏少,其他年代偏多。50—70年代日照時數(shù)逐年代遞增,80年代日照時數(shù)急劇下降至最小,隨后從80年代至2001—2010年日照時數(shù)又逐年代遞增,而且遞增幅度明顯大于50—70年代,分別達157.2 h與78.8 h。日照時數(shù)最小的80年代與日照時數(shù)最多的2001—2010年相比,減少了236.0 h。日照時數(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　日照時數(shù)年代際變化　　h

四季日照時數(shù)年代際變化與全年相同之處是均為80年代日照時數(shù)最小。春季日照時數(shù)與全年的變化趨勢一致,均為50—70年代日照時數(shù)逐年代遞增,而80年代日照時數(shù)最小,隨后80年代至2001—2010年日照時數(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。冬季各年代日照時數(shù)變化趨勢與全年不同,50年代較低,為負距平,60年代較高為正距平,隨后從60—80年代逐年代遞減,至80年代達至最低,隨后又遞增,90年代與2001—2010年日照時數(shù)基本持平。但秋季與其他三季不同,從50—80年代日照時數(shù)在逐年代遞減,隨后90年代至2001—2010年又遞增,50年代日照時數(shù)最大,80年代最小。春季日照時數(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,其他各季均為負距平,日照時數(shù)偏少。60年代,春季與秋季為負距平,夏季與冬季為正距平。70年代除秋季為負距平,其他三季均為正距平,日照時數(shù)偏多,而80年代四季均為負距平,日照時數(shù)最少。90年代除夏季日照時數(shù)略低于平均值1.9 h外,其他均為正距平,日照時數(shù)偏多。2001—2010年四季均為正距平,日照時數(shù)最多。

總之,年及四季日照時數(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年日照時數(shù)偏多,50年代日照時數(shù)偏少。80年代是日照時數(shù)變化的轉(zhuǎn)折期。

2.2　日照時數(shù)年際變化

日照時數(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,說明直線增加趨勢不明顯。為了反映57年日照時數(shù)的平均變化狀況,建立年及各季日照時數(shù)3年滑動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,R(0.05,55)=0.260 87。

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

任國玉等[8]分析了1956—2002年我國日照時數(shù)的變化,研究表明全國年日照時數(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)年日照時數(shù)變化趨勢

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

圖2　1954—2010年磴口地區(qū)春季日照時數(shù)變化趨勢

圖3　1954—2010年磴口地區(qū)夏季日照時數(shù)變化趨勢

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

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

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

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

圖4　1954-2010年磴口地區(qū)秋季日照時數(shù)變化趨勢

圖5　1954-2010年磴口地區(qū)冬季日照時數(shù)變化趨勢

2.3　生長季日照時數(shù)年際變化

生長季(4—9月)日照時數(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,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,R(0.05,55)=0.220 06。但未通過0.05水平的顯著性檢驗,R(0.05,55)=0.260 87。

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

生長季日照時數(shù)年際變化與年日照時數(shù)變化最相似。生長季日照時數(shù)57年平均為1 768.0 h,占全年的55%。說明生長季日照時數(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)生長季日照時數(shù)變化趨勢

2.4　日照時數(shù)年內(nèi)分布特征

從圖7可知,日照時數(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。日照時數(shù)每年從2月起開始逐漸加強,至5月達到高峰,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)各月平均日照時數(shù)

3　結(jié)語

3.1年及四季日照時數(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年代日照時數(shù)偏多,50年代日照時數(shù)偏少。80年代是日照時數(shù)變化的轉(zhuǎn)折期。

3.2日照時數(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,說明直線增加趨勢不明顯。只有年及春季和夏季日照時數(shù)二次曲線通過了0.05水平的顯著性檢驗,均表現(xiàn)為70年代中期之前,日照時數(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生長季年際日照時數(shù)變化與年日照時數(shù)變化最相似。生長季日照時數(shù)57年平均為1 768.0 h,占全年的55%。說明生長季的日照時數(shù)的變化對全年的變化趨勢起著主導(dǎo)作用。

參考文獻：

[1]唐艦,何秉宇,姜紅.近50年塔里木盆地南緣孤立綠洲氣候變化分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2006,20(5)：95-98

[2]郝智文,范曉輝,朱小琪,等.山西省近50年日照時數(shù)變化趨勢分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2009,18(5)：1807-1811

[3]張智,林莉,孫銀川,等.銀川市日照時數(shù)氣候變化特征分析[J].干旱區(qū)研究,2006,23(2)：344-348

[4]劉衛(wèi)平,魏文壽,唐湘玲.阿克蘇地區(qū)近45年日照時數(shù)變化特征[J].干旱區(qū)地理,2008,31(2)：197-202

[5]郝玉光,韓永光,肖彩虹.磴口縣森林生態(tài)體系總體布局與技術(shù)模式的探討[M].中國森林生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè).北京：中國林業(yè)出版社,2003：575-585

[6]肖彩虹,郝玉光,劉芳,等.近52a來磴口地區(qū)氣候變化分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2008,22(7)：90-93

[7]肖彩虹,郝玉光,賈培云.烏蘭布和沙漠磴口綠洲水分因子的變化[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2008：22(6)：161-165.

[8]任國玉,郭軍,徐銘志,等.近50年中國地面氣候變化基本特征[J].氣象學(xué)報,2005,63(6)：942-956

[9]虞海燕,劉樹華,趙娜,等.我國近59年日照時數(shù)變化特征及其與溫度、風(fēng)速、降水的關(guān)系[J].氣候與環(huán)境研究,2011,16(3)：389-398