新疆天山地区日照时数的气候特征_赵勇

书书 文章编号: 1001 － 4675(2011)04 － 0688 － 06 新疆天山地区日照时数的气候特征 * 赵 勇1， 崔彩霞1，2， 李 扬1 (1． 中国气象局 乌鲁木齐市沙漠气象研究所，新疆 乌鲁木齐 830002;2． 新疆气象台，新疆 乌鲁木齐 830002) 摘 要:基于 1961 － 2008 年新疆天山地区 23 站日照时数的逐日资料，使用一元线性方程和 M-K检验等统计方法， 天山地区日照时数的时空变化特征。结果表明:① 日照时数的气候分布存在明显的空间差异，呈东多西少，南 多北少的分布特征。② 区域平均日照时数均呈减少趋势，尤其在冬季和夏季。③ 四季除春季外日照时数均存在 明显的年代际变化特征，并发生了由多到少的气候突变，冬季在 1987 年，夏季在 1978 年，秋季在 1980 年左右。20 世纪 80 年代中后期至今，冬、夏、秋三个季节日照时数减少的趋势显著。④ 冬季和夏季日照时数的较快减少与近 20 年来污染加重及云量增多有关。 关键词:气候变化;日照时数;时空分布;年代际变化;季节变化;天山地区;新疆 中图分类号:P422． 11 文献标识码:A 全球气候变化研究已成为目前研究热点之一， 新疆已有的气候变化事实分析，多集中在降水、气温 等因子〔1 － 8〕，但对气候形成的另一重要因子———日 照变化的研究较少。日照是气候形成的重要因素， 是太阳辐射最直观的表现，它与人类的生产活动及 动植物的生长密切相关〔9 － 10〕。气候变化影响日照 时数，使全球辐射热量的供给条件发生变化，进而影 响到环境和社会经济的发展。了解天山南北坡日照 时数的变化，对新疆农牧业的合理布局具有重要的 指导意义。本文根据天山地区近 50 年来的日照观 测资料，对天山地区日照变化事实及规律进行分析。 1 资料和方法 数据来源于新疆气象信息中心提供的 1961 － 2008 年 104 个站逐日日照时数资料。在资料选取 时，进行了简单的质量控制〔11〕，即剔除在研究时段 内任意一年数据中缺测超过 5%的台站及其迁过站 的站点，基于此天山地区共选取测站 23 个(图 1)。 冬季为前一年 12 月至当年 2 月，因此冬季时间序列 长度为 1961 /1962 － 2007 /2008 年共 47 年，为了分 析的一致性，全年、春季、夏季和秋季均取 1962 － 2008 年，也是 47 年。 本文采用的主要统计方法有一元线性回归、 Mann-Kendall检验等，数学推导详见文献〔12〕。 图 1 天山地区站点分布示意图 Fig． 1 Distribution of the selected weather stations in the Tianshan mountains 2 日照时数的时空变化 2． 1 日照时数的平均分布 由图 2a可见，天山地区日照时数存在明显的区 域差异，呈东多西少的分布特征，东天山和西天山南 部在 2 800 h以上，北部最少区域不足 2 700 h，集中 在中天山和西天山山区。冬季日照时数的分布(图 2b)类似于年分布，最多和最少区域日照时数相差 100 h以上。春季日照时数分布(图 2c)呈东多西少 分布，东部最多，在 800 h 左右;西部最少，不足 700 h。夏季日照时数分布(图 2d)表现为中间多两边少 第 28 卷 第 4 期 2011 年 7 月 干 旱 区 研 究 ARID ZONE RESEARCH Vol． 28 No． 4 Jul． 2011 * 收稿日期:2010 － 05 － 11; 修订日期:2010 － 06 － 21 基金项目:国家自然科学基金面上项目(40875010) ;中央级科研院所基本科研业务费专项(IDM200701，IDM200804)和新疆维吾尔自 治区科技支疆项目(200891129)共同资助 作者简介:赵勇(1979 －) ，男，新疆昌吉人，副研究员，主要从事区域气候变化和预测的研究． E － mail:zhaoyong@ idm． cn 图 2 平均日照时数(单位:h)的空间分布 Fig． 2 Distribution of mean sunshine duration 的特点，中天山地区最少，不足 810 h;东天山和西天 山地区相似，最多可达 900 h 以上。秋季日照时数 分布(图 2e)的特征和全年类似。综上所述，夏季日 照时数最长，平均在 800 h 以上，最多可达 900 h 以 上。全年及四季日照时数分布空间特征表现为东多 西少，南多北少，东天山地区是整个天山地区日照资 源最为丰富的区域。 2． 2 日照时数的年变化 天山地区平均年日照时数(图 3a)减少了 39 h / 10 a，可通过 99%的信度检验。冬季从 1961 － 2008 年日照时数(图 3b)减少了 21 h /10 a，可通过 99% 的信度检验。春季日照时数趋势变化不明显，主要 以年际变化为主。夏季日照时数(图 3d)也呈减少 趋势，可通过 99%的信度检验。秋季日照时数(图 3e)也呈减少趋势，但是不及冬季和夏季那么显著。 由此可见，全年除春季日照时数年际变化较为稳定 外，冬季和夏季日照时数均为减少，这是造成年日照 总时数减少的主要原因。 2． 3 日照时数的年代际变化 表 1 是天山地区全年及四季不同时段的日照时 数及距平，可以看出全年日照时数在 20 世纪 60 － 70 年代均为偏多，60 年代相对更多，80 年代以后均 为减少，2000 年以来，日照时数相对最少。冬季日 照时数在 60 － 90 年代均为偏多，70 年代相对最多， 80 年代次之，90 年代之后均为偏少。春季日照时数 年代际变化规律不明显。夏季和秋季日照时数年代 际变化特征和全年类似。 表 1 天山地区平均各年代日照时数 Tab． 1 Annual and seasonal variations of sunshine duration in the Tianshan Mountains in different decades /h 年代 全年 冬季 春季 夏季 秋季 1962 － 1970 2 874 / + 504 / + 746 / － 889 / + 691 / + 1971 － 1980 2 857 / + 521 / + 760 / + 880 / + 678 / + 1981 － 1990 2 756 / － 507 / + 734 / － 858 / － 661 / － 1991 － 2000 2 740 / － 480 / － 744 / － 846 / － 667 / － 2001 － 2008 2 733 / － 460 / － 750 / + 860 / － 665 / － “ +”表示日照日数距平偏多;“ －”表示偏少 2． 4 日照时数变化趋势的空间分析 虽然天山地区全年及冬季、夏季和秋季日照时 数呈较为明显的减少趋势，但局部区域和区域平均 9864 期 赵 勇等:新疆天山地区日照时数的气候特征 图 3 区域平均日照时数年变化 Fig． 3 Annual variation of regional average sunshine duration 图 4 日照时数的趋势变化〔单位:h·(10 a)－ 1〕 Fig． 4 Change trend of sunshine duration 096 干 旱 区 研 究 28 卷 的气候变化趋势并不同步。由图 4a可见，天山地区 年日照时数基本呈减少趋势，西天山北部日照时数 减少了 75 h /10 a，是天山地区日照时数减少最快的 区域，但西天山南部日照时数呈上升趋势。冬季日 照时数(图 4b)趋势变化和全年类似，但变化速率要 小于年日照时数。夏季日照时数(图 4c)在 84° ～ 87° E区域减少最快，同样在西天山南部区域日照 时数呈上升趋势。秋季日照时数趋势变化和冬季类 似。由此可见，西天山北部是日照时数减少最快的 区域，其次为中天山地区，而西天山南部局部地区日 照时数却呈上升趋势。 2． 5 日照时数的气候突变分析 20 世纪 80 年代后期以来，新疆出现了气候由 暖干向暖湿转型的强劲信号〔13〕，有必要对日照时数 变化程度进行突变检验。突变检验的方法较多，本 文选用 Mann-Kendall方法，这种方法常用来进行气 候变化的突变检验，它可以明确指出突变开始的时 间，交点便是突变点的开始。 图 5 日照时数的气候突变检验，虚线表示 95%信度水平 Fig． 5 Mann-Kendall test of sharp change of sunshine duration the dotted lines are at the significance level of 95% 由图 5a 可见，自 20 世纪 60 年代以来，天山地 区平均日照时数有明显的减少趋势，且在 1985 年以 后，这种减少趋势是显著的，达到 95%的显著性水 平。两条曲线相交于 1980 年，说明日照时数在 1980 年左右发生了由多到少的突变。冬季平均的 日照时数自 60 年代以来，也有明显的减少趋势，在 1990 年后，这种趋势是显著的。两条曲线交于 1987 年，说明冬季日照时数在 1987 年左右发生了由多到 少的突变(图 5b)。春季平均的日照时数为稳态变 化，唯有气候突变发生(图略)。夏季平均的日照时 数自 60 年代以来也呈减少趋势，在 1987 年以后，这 种减少趋势是显著的，达到 95%的显著性水平。两 条曲线交于 1978 年，说明夏季日照时数在 1978 年 左右发生了由少到多的气候突变(图 5c)。秋季平 均的日照时数自 60 年代以来也呈减少趋势，且在 1987 年以后，这种减少趋势是显著的，两条曲线交 于 1980 年左右，说明秋季天山地区日照时数在 1980 年发生了由少到多的气候突变(图 5d)。 3 日照时数减少的可能原因 已有的研究表明，中国在 1951 － 1990 年气温升 高了 0． 3 ℃，新疆天山山区气温 20 世纪 90 年代较 1961 － 1990 年气温偏高 0． 5 ℃，也呈较快的增暖趋 势〔5，14 － 15〕。尽管气温不断升高，但是天山山区日照 时数却呈减少趋势，尤其在冬夏两季。冬季日照时 1964 期 赵 勇等:新疆天山地区日照时数的气候特征 数显著减少的时段在 20 世纪 90 年代至今，这个时 段也是城市化迅速发展时期，污染加重。日照时数 和云量、气溶胶等密切相关，由于污染颗粒物的增 多，增强了大气对太阳光的反射及吸收作用，使太阳 辐射减小，日照时数下降。同时，由于冬季天山北坡 积雪覆盖，辐射降温造成逆温，大气层结稳定，易于 雾的形成，这也是造成这一区域日照时数下降的另 一原因〔16〕。夏季日照时数显著减少的时段与新疆 夏季降水显著增多的时段一致，均为 1987 年以后， 降水的增多，说明云量增多，遮挡了太阳辐射(图 6)。西天山北部日照时数减少相对较快，这与新疆 夏季降水系统特征相关，新疆夏季为西风槽降水，槽 自西向东移动，由于地形摩擦作用，槽在向东移动过 程中减弱，故到东天山地区系统已较弱，同时水汽减 少，故不易成云致雨，所以东天山地区日照时数要比 西部多，并且减少趋势较慢。 图 6 夏季日照时数和低云量化值的年变化 Fig． 6 Annual variation of standardized sunshine duration and standardized low cloud amount in summer 4 结 论 日照时数的气候分布存在明显的空间差异，大 致呈东多西少，南多北少的分布特点。区域平均的 日照时数在四季均呈减少趋势，尤其在冬季和夏季， 冬季日照时数的减少和近年来污染的加重、气溶胶 颗粒物增多有关，而夏季日照时数的减少则与云量 增多降水增加相关。虽然，日照时数整体呈减少趋 势，但也存在区域差异，西天山南坡呈增多趋势，北 坡减少幅度大。四季除春季日照时数年代际变化不 明显外，其余季节均具有明显的年代际变化特征，夏 季和秋季类似，冬季与全年一致。除春季外，其余季 节日照时数都存在明显的气候突变，自 20 世纪 60 年代以来，日照时数均增多，但幅度不同。全年日照 时数在 1980 年左右发生突变，秋季突变年份与全年 一致，冬季在 1987 年左右，夏季在 1978 年左右发生 了气候突变，均在 80 年代中后期至今，这种减少趋 势是显著的。 参考文献(References): 〔1〕 袁玉江，何清，穆桂金．天山山区近 40 a 夏季降水变化及与南 北疆的比较〔J〕．冰川冻土，2003，25(3) :331 － 335．〔Yuan Yu- jiang，He Qing，Mu Guijin． Summer precipitation change for recent 40 years in the Tianshan Mountains and compared with southern and northern Xinjiang〔J〕． Journal of Glaciology and Geocryology， 2003，25(3) :331 － 335．〕 〔2〕 王顺德，王彦国，王进，等．塔里木河流域近 40 a 来气候、水文 变化及其影响〔J〕． 冰川冻土，2003，25(3) :315 － 320．〔Wang Shunde，Wang Yanguo，Wang Jin，et al． Change of climate and hy- drology in the Tarim river basin during past 40 years and their im- pact〔J〕． Journal of Glaciology and Geocryology，2003，25(3) :315 － 320．〕 〔3〕 何清，杨青，李红军． 新疆 40 a 来气温、降水和沙尘天气变化 〔J〕．冰川冻土，2003，25(4) :423 － 427．〔He Qing，Yang Qing， Li Hongjun． Variations of air temperature，precipitation and sand- dust weather 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decadal variation trend of seasonal sunshine duration except that in spring， and a sharp decrease of seasonal sunshine duration occurred in winter 1987，summer 1978 and autumn 1980; (4) The sharp decrease of sunshine duration in winter and summer was related to the serious air pollution and the in- crease of cloud cover in recent 20 years． Key words: climate change;sunshine duration;spatiotemporal distribution;decadal change;seasonal variation; Tianshan Mountains;Xinjiang 3964 期 赵 勇等:新疆天山地区日照时数的气候特征