強(qiáng)玉柱 姚延鋒 朱恩超 謝蕊
摘要:選取天水市7個(gè)氣象站1965—2011年日照時(shí)數(shù)資料,采用累積距平、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法和Morlet小波等方法,分析天水市日照時(shí)數(shù)的氣候變化規(guī)律。結(jié)果表明,天水市年平均日照時(shí)數(shù)總體呈減少趨勢(shì)。1965—1980年,日照時(shí)數(shù)呈增加趨勢(shì);1981—1992年呈減少趨勢(shì);1993—2008年呈增加趨勢(shì);2009年以后又趨于減少。日照時(shí)數(shù)的變幅最大的季節(jié)為夏季,春季的日照時(shí)數(shù)變化呈上升趨勢(shì),其余各季都呈下降趨勢(shì)。小波分析得出天水市的全年和各季的日照時(shí)數(shù)大部都存在小尺度的準(zhǔn)周期變化,冬季存在中尺度的周期變化,夏季在年代際的變化上存在準(zhǔn)27年的周期變化。對(duì)日照時(shí)數(shù)氣候變化的空間分析表明,天水市整體平均日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì),有局部地方和整體趨于的氣候變化趨勢(shì)不完全相同,天水北部的變化趨勢(shì)更加顯著。
關(guān)鍵字:日照時(shí)數(shù);時(shí)空分布特征;累積距平;Mann-Kendall;小波分析;天水
中圖分類(lèi)號(hào):S162.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 論文編號(hào):2014-0786
0 引言
研究表明,自1861年來(lái)全球的平均地表溫度呈增加的趨勢(shì)。由于氣候變化能夠使大氣物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,太陽(yáng)輻射能也因此發(fā)生了變化。日照是重要的氣候因子,也是農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的條件,并且是氣候資源的重要組成部分之一。所以,研究日照的變化趨勢(shì),對(duì)合理布局農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整有著很重要的作用。近些年來(lái),有很多研究者對(duì)日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)以及影響因素做了大量的分析。任國(guó)玉等發(fā)現(xiàn)中國(guó)近50年的日照時(shí)數(shù)呈明顯減少趨勢(shì),主要特點(diǎn)為平原大于山區(qū)、東部大于西部。陳少勇等研究得出,在西北地區(qū)大多數(shù)的日照時(shí)數(shù)顯著減少,而且冬季日照最少,夏季最多。目前也有很多地區(qū)都對(duì)當(dāng)?shù)厝照諘r(shí)數(shù)的變化作了很多的研究。天水的果林業(yè)是當(dāng)?shù)刂饕еa(chǎn)業(yè)之一,其中蘋(píng)果、桃子、葡萄、核桃和大櫻桃是當(dāng)?shù)氐奶厣止摰氐纳鷳B(tài)氣候特性以及氣候因素直接關(guān)系到特色林果的產(chǎn)量,特別是日照時(shí)數(shù)也對(duì)其品質(zhì)有著直接的作用,因此針對(duì)該地區(qū)研究日照時(shí)數(shù)的變化是很有必要的。天水市地處副熱帶北緣和青藏高原東部邊坡地帶,地形復(fù)雜,深居內(nèi)陸,遠(yuǎn)離海洋,大陸性季風(fēng)氣候特征明顯,屬溫帶半濕潤(rùn)半干旱區(qū)。文中針對(duì)天水市日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析,了解其氣候變化特征,這為當(dāng)?shù)氐牧止麡I(yè)生產(chǎn)提供了依據(jù)。
1 資料與方法
選取資料為1965—2011年天水市7個(gè)氣象站(秦州、麥積、清水、張家川、秦安、甘谷、武山)的逐月、逐年日照時(shí)數(shù)。按12月—2月為冬季,3—5月為春季,6—8月為夏季,9—11月為秋季,形成季序列以及年序列。
利用累積距平的方法分析近47年天水市日照時(shí)數(shù)的逐年變化趨勢(shì);應(yīng)用Mann-Kendall突變檢驗(yàn)方法,對(duì)全年和各季的日照時(shí)數(shù)進(jìn)行突變點(diǎn)檢驗(yàn);采用Morlet小波分析方法,分析年和各季平均日照時(shí)數(shù)變化周期。
2 日照時(shí)數(shù)氣候變化趨勢(shì)
2.1 日照時(shí)數(shù)的年代際變化
圖1是天水市年日照時(shí)數(shù)的逐年變化和累積距平變化,其中圖1a中粗實(shí)線是日照時(shí)數(shù)和年時(shí)間序列的六階擬合趨勢(shì)線,相關(guān)系數(shù)為0.5243,通過(guò)了95%的置信度檢驗(yàn),可見(jiàn)天水市日照時(shí)數(shù)有明顯的年際波動(dòng),并在21世紀(jì)初出現(xiàn)了日照時(shí)數(shù)峰值,80年代出現(xiàn)了低谷,21世紀(jì)初的峰值小于20世紀(jì)60年代初的水平;細(xì)實(shí)線為日照時(shí)數(shù)與時(shí)間序列的線性擬合,相關(guān)系數(shù)為0.2161,沒(méi)有通過(guò)95%的信度檢驗(yàn),天水市平均日照時(shí)數(shù)總體呈減少趨勢(shì),平均遞減率為-24.19h/10a(見(jiàn)表1)。
從逐年累積距平變化曲線(見(jiàn)圖1b)可以看出,天水市近47年來(lái)年日照時(shí)數(shù)有4個(gè)變化:1965—1980年,日照時(shí)數(shù)呈增加趨勢(shì);1981—1992年呈減少趨勢(shì);1993—2008年呈增加趨勢(shì);2009年以后又趨于減少。
2.2 日照時(shí)數(shù)的季節(jié)變化
從天水市全年、各季節(jié)不同年代的日照時(shí)數(shù)距平值(見(jiàn)表1)可以看出,年日照時(shí)數(shù)20世紀(jì)60年代最多,70年代次之,80年代最少,90年代有所增加,但21世紀(jì)初又開(kāi)始減少。
春季的日照時(shí)數(shù)則是在21世紀(jì)初最多,20世紀(jì)80年代最少,90年代在逐漸增加,并在21世紀(jì)初又呈正距平,增加幅度較大,春季日照時(shí)數(shù)的氣候傾向率為3.007h/10a。夏季、秋季和冬季日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)一致,日照時(shí)數(shù)的氣候傾向率分別是-5.443h/10a、-4.233h/10a、-2.944h/10a,都呈減少趨勢(shì),從距平百分比來(lái)看,都成雙谷型,均在20世紀(jì)80年代和21世紀(jì)初出現(xiàn)低谷,其中夏季的年際變幅最大,在20世紀(jì)80年代到了-9.3%,在60年代達(dá)到了10.1%。
2.3 日照時(shí)數(shù)周期變化特征
為了分析日照時(shí)數(shù)的多時(shí)間尺度特征,對(duì)年、季的日照時(shí)數(shù)進(jìn)行了小波分析,從小波方差和小波系數(shù)的變化過(guò)程可以判斷日照時(shí)數(shù)序列周期及未來(lái)變化趨勢(shì)特征。計(jì)算發(fā)現(xiàn),天水市的年、季日照時(shí)數(shù)都存在多個(gè)比較明顯的周期(見(jiàn)圖2),年日照時(shí)數(shù)存在4年、8年的準(zhǔn)周期變化,春季存在3年、6年的準(zhǔn)周期變化,夏季主要體現(xiàn)在年代際的變化上,存在準(zhǔn)27年的周期變化,秋季存在2年、4年和7年的準(zhǔn)周期變化,冬季存在2年、4年、7年和16年的準(zhǔn)周期變化。
通過(guò)Mann-Kendall突變檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),天水市的年、季日照時(shí)數(shù)雖然UF和UB都存在交點(diǎn),但均未通過(guò)a=0.05的檢驗(yàn),因此沒(méi)有顯著地突變年份。
2.4 日照時(shí)數(shù)氣候變化趨勢(shì)的時(shí)空分析
分別計(jì)算天水市7個(gè)站點(diǎn)全年以及各季日照時(shí)數(shù)的線性變化趨勢(shì),得出氣候傾向率,最后繪制出氣候傾向率的空間分布圖(見(jiàn)圖3)。從圖3可以看出,天水市整體平均日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì),整個(gè)區(qū)域的氣候變化趨勢(shì)基本一致。全年日照時(shí)數(shù)變化(圖3a)除天水西部外,其他各站均呈下降趨勢(shì),其中北部的秦州、秦安、張家川變化趨勢(shì)明顯,相關(guān)系數(shù)都通過(guò)了0.05的顯著性水平。春季的日照時(shí)數(shù)變化除秦安外均呈上升趨勢(shì)。夏季、秋季和冬季的日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)一致,除了天水東南部外,均呈下降趨勢(shì),并且除武山外,其余各站相關(guān)系數(shù)都達(dá)到了0.05的顯著性水平,其中夏季的日照時(shí)數(shù)變化下降趨勢(shì)更為顯著。由此見(jiàn),近47年來(lái),天水市各站全年和各季節(jié)的日照時(shí)數(shù)變化大部呈下降趨勢(shì),春季呈上升趨勢(shì),夏季、秋季和冬季的日照時(shí)數(shù)表現(xiàn)為較一致的下降趨勢(shì)。
3 討論
導(dǎo)致日照時(shí)數(shù)減少的主要原因是大氣透明度、水汽壓和太陽(yáng)輻射。隨著氣候變暖,工業(yè)污染導(dǎo)致大氣的能見(jiàn)度減小,大氣氣溶膠增多,也是影響日照時(shí)數(shù)減少的因素之一。同時(shí)日照時(shí)數(shù)也與經(jīng)緯度、海拔高度等有關(guān)。大氣環(huán)流以及天氣系統(tǒng)的影響也直接關(guān)系著該地的日照時(shí)數(shù)的變化。文中分析結(jié)果表明,天水市的日照時(shí)數(shù)總體減少,這是對(duì)氣候變暖的響應(yīng);從季節(jié)變化來(lái)看,只有春季的日照時(shí)數(shù)是上升趨勢(shì),春季恰恰是林果生長(zhǎng)發(fā)育階段,充分的日照使得林果更好的生長(zhǎng),這也為該地林果種植提供了一定的科學(xué)依據(jù);從空間分布來(lái)看,天水北部的日照時(shí)數(shù)變化最為顯著,從氣候背景分析,這里不宜種植林果。
4 結(jié)論
(1)天水市年平均日照時(shí)數(shù)有明顯的年際波動(dòng),總體呈減少趨勢(shì),平均遞減率為-24.19h/10a,在21世紀(jì)初出現(xiàn)了峰值,20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了低谷。日照時(shí)數(shù)的變幅最大的季節(jié)為夏季,其次是春季,秋季和冬季變化不明顯。各季中唯獨(dú)春季的日照時(shí)數(shù)變化呈上升趨勢(shì),其余各季都呈下降趨勢(shì)。
(2)通過(guò)突變檢驗(yàn),沒(méi)有發(fā)現(xiàn)天水市年、季有顯著的突變點(diǎn)出現(xiàn)。利用小波分析得出天水市的全年日照時(shí)數(shù)存在4年、8年的準(zhǔn)周期變化,春季存在3年、6年的準(zhǔn)周期變化,夏季在年代際的變化上存在準(zhǔn)27年的周期變化,秋季和冬季都存在2年、4年和7年的準(zhǔn)周期變化,冬季同時(shí)還存在16年的準(zhǔn)周期變化。
(3)對(duì)日照時(shí)數(shù)氣候變化的空間分析表明,天水的日照時(shí)數(shù)變化對(duì)氣候變化的響應(yīng)十分明顯。天水市整體平均日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì),局部地方氣候變化趨勢(shì)和整體不完全相同。尤其是天水北部,日照時(shí)數(shù)的下降趨勢(shì)最為顯著,可見(jiàn)該地不易種植林果;春季的日照時(shí)數(shù)除天水北部外,均呈增加趨勢(shì),對(duì)于林果的生長(zhǎng)發(fā)育十分有利。