近39年喀什日照时数变化分析

第28卷 第1期干旱区研究Vo. l 28 No . 1

2011年1月Jan . 2011AR I D ZONE R ESEARCH

文章编号: 1001-4675(2011) 01-0158-05

近39年喀什日照时数变化分析

1

2

3

1

4

*

杨 霞, 蔡 梅, 赵逸舟, 张云惠, 罗 昂, 江远安

(1. 新疆气象台, 新疆乌鲁木齐 830002; 2. 新疆信息工程学校, 新疆乌鲁木齐 830002;

3. 新疆气候中心, 新疆乌鲁木齐 830002; 4. 喀什地区气象局, 新疆喀什843305)

3

摘 要:利用喀什1970-2008年日照时数、浮尘、扬沙、沙尘暴日数等资料, 对该地区日照时数的变化及其可能影响进行分析。结果表明:喀什年日照时数呈显著增加趋势, 年际变化较大, 存在明显的季节差异。20世纪70年代喀什年日照时数变化不大, 80年代异常偏少, 90年代略偏少, 2000-2008年日照时数异常偏多。喀什年日照时数存在准28年变化周期, 在1997年发生了突变。浮尘日数显著减少是造成喀什年日照时数、春季和夏季日照时数显著增加的主要原因之一, 沙尘暴、扬沙不是影响喀什日照时数变化的主要因子。关键词:日照时数; 浮尘; 扬沙; 沙尘暴; 年际变化; 喀什; 新疆中图分类号:P422. 11 文献标识码:A

近百年来, 地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化

11-32

月, 夏季为6~8月, 秋季为9~11月, 冬季为12月至次年2月, 生成相应气象要素的逐季和年序列。1. 2 计算方法

采用线性趋势分析来估算相关要素的气候变化趋势, 趋势变化用一次线性回归方程表示:

y =a 0+a 1t

式中:t 为年份, a 1为气候倾向率, 乘以10称为该要素趋势变化率, 用最小二乘法可以求得。主要用于定量描述气候序列的趋势变化特征, 正为上升, 负为下降, 并进行可信度显著性检验。

使用M orlet 小波变换进行周期分析。小波分析是将一维的时间序列函数在时间和频率两个方向上展开, 可以分析不同时间频率下一维函数变量随时间的变化, 还可以定量地确定不同时间频率下函数变量发生转折的时间位置。

利用M ann -Kendall 法进行突变检验, M ann-Kenda ll 法是一种常用的突变检测方法, 其优点是不需要样本遵从一定的分布, 也不受少数异常值的干扰, 更适于类型变量和顺序变量, 计算也比较简便, 可以明确突变开始的时间, 并指出突变区域。

。气候变化会引起大气物

理结构和化学变化, 进而影响太阳辐射能量的变化, 日照时数是表征气候变化的气象要素之一, 研究其分布规律, 对农业生产布局、城市建设规划、旅游资源开发、太阳能电站设计等具有重要的现实意义。近年来有不少学者对日照时数的气候变化

152

进行了研究, 胡汝骥等认为, 在全球变暖背景下, 新疆存在着变暖增湿的趋势, 光热资源变幅增大, 随着新疆气候的暖湿化过程, 各地区日照时数也随之发生了变化。马志福等

162

142

研究了塔里木盆地的日运用气候突变理论, 对

照时数分布特征。王华等

172

新疆阿克苏市日照时数序列进行检测分析, 结果发现近50年阿克苏市日照时数总体呈增加趋势, 并存在2次突变。近年来对喀什降水和气温的变化规律研究较多

18-102

, 而系统研究其日照时数变化的成果

尚不多见。本文运用气候诊断分析方法, 对喀什近39年来日照时数的年际和年代际变化进行分析, 以揭示其气候变化的事实, 从而更科学地开发利用光能资源, 合理调整农业结构, 为农业生产提供参考依据。

1 资料和方法

1. 1 资料选取

选取喀什1970-2008年逐月日照时数、沙尘暴日数、扬沙日数及浮尘日数等资料。春季为3~5

*

2 日照时数的变化

2. 1 年际变化

由图1可以看出, 喀什年日照时数呈显著增加趋势, 气候倾向率为62. 9h /10a , 通过0. 01显著性

收稿日期:2009-09-24; 修订日期:2010-08-31

基金项目:科技部科技支撑计划项目/北方农业低温冷害监测预警技术研究0(2006BAD04B02); 新疆维吾尔自治区气象局业务新技

术项目(YX200808)

(女, , . E m i a921@163.

1期 杨 霞等:近39年喀什日照时数变化分析 159

图2可以看出, 近39年喀什春、夏、秋、冬季日照时数均呈增加趋势, 其气候倾向率分别为28. 5h /10a , 17. 5h /10a , 12. 2h /10a 和4. 8h /10a , 其中春季和夏季的增加趋势较显著, 通过了0. 05的显著性检验, 秋季和冬季的增加趋势较弱, 均未通过检验。

从3年滑动平均曲线可以看出, 春季日照时数基本呈现4个阶段:1972-1977年为日照时数偏少期, 1978-1981年日照时数接近平均值, 1982-1996年为日照时数偏少期, 1997-2008年进入日照时数偏多期。夏季日照时数变化比春季大, 阶段性

图1 近39年喀什年日照时数的年际变化F i g . 1 A nnua l variati on of sunshine duration

i n K ashgar i n recent 39years

不如春季明显。秋季日照时数呈两头高中间低的分布形式, 阶段性特征较为明显。冬季日照的多寡交替频繁, 无明显的阶段性特征。进入2000年以后, 春、夏、秋三季的日照时数均高于平均值, 而冬季则低于平均值。2. 3 年代际变化

喀什近39年的年、季日照时数年代际变化(表1) 有以下特征:

(1) 20世纪70年代春季日照时数偏少, 夏、秋季日照时数偏多, 冬季日照时数变化不大, 这样偏多和偏少的量抵消后, 使得70年代日照时数整体变化不大。80年代四季日照时数均偏少, 使得80年代日照时数异常偏少, 其中以夏季最为突出。90

年代

检验。喀什日照时数的年际变化振幅较大(2000年为3056. 7h , 1972年仅为2390. 7h , 两者相差666. 0h), 且呈波动变化, 表现为日照多寡交替出现。从3年滑动平均曲线来看, 近39年喀什年日

照时数大致可分为3个阶段:1977-1981年为年日照时数略偏多期, 1982-1996年为年日照时数偏少期, 1997-2008年日照时数逐渐增加又进入偏多期, 2000年达近39年的极大值(3056. 7h) 。2. 2 季节变化

日照时数的年际变化存在明显的季节差异。从

图2 近39年喀什各季日照时数的逐年变化曲线

F ig . 2 V ariati on of seasona l sunsh i ne dura tion in K ashgar i n recent 39years

干 旱 区 研 究 28卷160

表1 喀什各年代际年、季日照时数距平T ab . 1 Ano m ali e s of annual and seasonal sunsh i ne

duration i n K ashgar

时段1970-19791980-19891990-19992000-2008

春季-21. 7-39. 3-17. 286. 9

夏季3. 5-54. 0

8. 646. 6

秋季17. 4-43. 2-18. 249. 0

冬季-0. 6

年-1. 4

经小波变换后, 可清楚地看出(图3), 喀什年日照时数的变化周期主要集中在低频区, 高频区周期

/h

变化较弱。20~35年尺度的周期信号较强, 在这个尺度上喀什的年日照时数变化表现为2个丰照期和一个寡照期, 即20世纪70-80年代初期的丰照期, 80年代中期至90年代中期的寡照期和90年代中后期的丰照期。小波方差反映了波动的能量随尺度的分布, 故可以确定一个时间序列中存在的主要时间尺度, 即主周期。由图4可以看出, 过去39年喀什年日照时数存在准28年的主周期。

-12. 5-149. 017. 7-5. 1

-9. 1177. 4

春、秋季日照时数偏少, 夏、冬季日照时数偏多。2000-2008年, 除冬季日照时数略偏少外, 其他季节均偏多(以春季最为明显), 使得年日照时数异常偏多。

(2) 春季, 20世纪70, 80年代和90年代日照时数均偏少, 其中以80年代偏少最为明显, 较平均值偏低39. 3h , 2000-2008年, 日照时数异常偏多86. 9h 。

(3) 夏季, 日照时数除20世纪80年代为负距平外, 其他时段均为正距平, 以2000-2008年为最多。

(4) 秋季, 20世纪70年代和2000-2008年间日照时数为正距平, 80年代和90年代为负距平, 以80年代偏少最明显, 偏少43. 2h 。

(5) 冬季, 除20世纪90年代日照时数偏多外, 其他时段日照时数均偏少。2. 4 年日照时数的周期分析

研究表明, 将小波变换用于气候时间序列分析时, 小波系数的变化趋势与气候信号的起伏是基本一致的, 等值线中心可代表波动的峰谷位置, 中心值的大小可以反映出波动的振荡强度。本文采用M orlet 小波变换, 分析前先对资料序列进行了标准

化处理。

图4 喀什年日照时数的小波方差

F i g . 4 W ave l e t variance o f sunshine du ration i n K ashg ar C ity

2. 5 年日照时数的气候突变分析

采用非参数统计检验方法(Mann -Kenda ll), 对喀什近39年的年日照时数进行突变检验。在图5可以看出, 若UF 或UB 的值大于0, 则表示序列呈上升趋势, 小于0则表明呈下降趋势。如果UF 与UB 在临界值? 1. 96(a =0. 05) 之间有一个显著的交点, 且UF 随后上升超过+1. 96或下降低于-1. 96, 则可认为序列产生了突变, 前者表示从低向高突变, 后者表示从高向低突变, 并且这个交点就是突变的开端

1112

阴影为正值区(直线:0. 05显著水平临界值)

图3 喀什年日照时数M or l e t 小波变换F i g . 3 M or l et w avelet transfor m o f sunsh i ne

图5 喀什年日照时数M ann -K enda ll 突变检验F i g . 5 M ann -K endall abrupt chang e test of annua l

K

1期 杨 霞等:近39年喀什日照时数变化分析 161

由图5中UF 曲线可见, 20世纪70-80年代初, 喀什年日照时数呈增加趋势, 80年代中期至90年代中期呈显著减少趋势, 90年代中后期开始呈显著增加趋势, UF 和UB 曲线相交于1997年, 并于2005年超过临界值(+1. 96), 由此确定喀什年日照时数在20世纪90年代中后期的增加是突变现象, 年日照时数在1997年发生了突变。对比前人研究结果发现, 我国各省日照时数的突变时间并不存在一致性, 新疆各地州的日照时数突变时间也不存在一致性

172

是引起喀什春、秋季日照时数变化的主要因子。冬季日照时数与扬沙、浮尘及沙尘暴日数的关系均不显著, 说明这3个因子都不是造成冬季日照时数变化的主要因素。

表3 喀什扬沙、浮尘、沙尘暴日数的气候倾向率Tab . 3 L inear trend of occurr i ng days of b l ow i n g dust ,

floating du st and sand storm over K ashgar

/1d #(10a) -12

扬沙日数

春季夏季秋季冬季年

-1. 03-2. 47* 0. 19-0. 40*-3. 71

***

浮尘日数 -10. 74

*****

*

-12. 16*

-8. 22*

-7. 08

沙尘暴日数

*

-1. 23*

-1. 41

**

3 沙尘天气对日照时数的影响

气象观测中将浮尘、扬沙、沙尘暴3种天气现象统称为沙尘天气。喀什地区地处我国西北边陲, 东部为塔克拉玛干大沙漠, 特殊的地理位置使得该地区沙尘天气发生频率较高。马禹等的研究

1122

-0. 12-0. 25

*

-3. 00

-38. 20

**

注:**表示信度超过0. 01标准, *表示信度超过0. 05标准

指出,

4 结论

(1) 近39年喀什年日照时数呈显著增加趋势, 并存在明显的季节差异。春、夏季日照时数增加趋势显著, 秋、冬季增加趋势较弱。

(2) 20世纪70年代喀什年日照时数变化不大, 80年代异常偏少, 90年代略偏少, 2000-2008年异常偏多。春季, 20世纪70, 80年代和90年代日照时数均偏少, 2000-2008年异常偏多。夏季, 日照时数除20世纪80年代为负距平外, 其他时段均为正距平, 以2000-2008年为最多。秋季, 20世纪70年代和2000-2008年日照时数为正距平, 80年代和90年代为负距平。冬季, 除20世纪90年代日照时数偏多外, 其他时段日照时数均偏少。

(3) 近39年喀什年日照时数存在准28年的主周期, 20世纪70-80年代初为丰照期, 80年代中期至90年代中期为寡照期, 90年代中后期为丰照期。喀什年日照时数在20世纪90年代中后期的增加是突变现象, 年日照时数在1997年发生了突变。

(4) 浮尘日数显著减少是造成喀什年日照时数、春季和夏季日照时数显著增加的主要原因之一。沙尘暴、扬沙不是影响喀什日照时数的主要因子, 沙尘天气对喀什冬季日照时数变化无明显影响。参考文献(Re ferences):

112 H ough t on J T , D i ng Y, Gri ggs D J , et a. l C li m ate Change 2001:Th e

Science of C li m ate Change 1M 2. N e w York :Ca m b ri dge Un i versit y Pres s , 2001:156-159.

2 , , , . 南疆在3~5月沙尘天气对日照时数有着非常显著的影响。本文将分别讨论浮尘、扬沙及沙尘暴各自对喀什日照时数的影响。

从表2可以看出, 喀什年日照时数、春季和夏季日照时数与对应的浮尘日数呈显著的负相关关系, 由表3又知, 近39年喀什年、季浮尘日数均呈显著下降趋势。相关研究表明, 喀什浮尘日数显著减少与新疆气候转向暖湿、冷空气活动减少、植被环境改善有很大关系加。

表2 喀什年日照时数与扬沙、浮尘、沙尘暴日数的相关系数Tab . 2 Correlation coefficien ts between sunsh i n e duration

and occurr i ng days of b l ow i n g dust , float i ng du st

and sandstorm over K ashgar

扬沙日数

春季夏季秋季冬季年

0. 3920. 1550. 398*0. 1580. 124

***

12, 52

。浮尘天气显著减少, 将增加太

阳光有效照射地面的时间, 从而使日照时数显著增

浮尘日数 -0. 434-0. 153-0. 011

*

-0. 392

**

*-0. 224

沙尘暴日数 0. 036 0. 016-0. 105 0. 180-0. 127

注:**表示信度超过0. 01标准, *表示信度超过0. 05标准

从表2还可看出, 年、季日照时数与沙尘暴日数的相关性均较差, 可见沙尘暴不是影响喀什日照时数的主要因子。扬沙日数与日照时数在春季和秋季表现为显著的正相关关系, 但扬沙日数在春季和秋,

干 旱 区 研 究 28卷162

号及影响1J 2. 干旱区地理, 2002, 25(3):194-200. 1H u Ru j, i Jiang Fengq i ng , W ang Yaj un, et a. l A study on signals and effects of cli m ati c pattern c h ange fro m w ar m-d ry t o w ar m-w et i n X i n jiang 1J 2. A ri d Land Geography , 2002, 25(3):194-200. 2

132 薛燕, 韩萍, 冯国华. 半个世纪以来新疆降水和气温的变化趋

势1J 2. 干旱区研究, 2003, 20(2):127-130. 1Xue Yan , H an P i ng , Feng G ouhua . Ch ange trend of t h e p recipitati on and air te m-p erature i n X i n ji ang recent 50years 1J 2. A ri d Zone Research, 2003, 20(2):127-130. 2

142 马淑红, 雄建国, 杨新才, 等. 太阳能电站日照时数推算1J 2. 气

象, 2000, 26(2):45-49. 1M a Shuhong , X iong Ji anguo , Yang X i nca, i et a. l A calcu l ati on of suns h i n e du rati on at t h e s o l ar energy po w er st ati on i n T ari m B as i n 1J 2. M eteoro l og i calM onthly , 2000, 26(2):45-49. 2

152 胡汝骥, 樊自立, 王亚俊, 等. 近50a 新疆气候变化对环境影响

评估1J 2. 干旱区地理, 2001, 24(2):97-103. 1H u Ru j , i Fan Z il, i W ang Yaj un, et a. l Asses s m ent t h e i m pact of cli m ate change on environm en t i n X i n jiang s i nce recen t 50years 1J 2. Arid Land Geography , 2001, 24(2):97-103. 2

162 马志福, 谭芳. 塔里木盆地日照时数分布规律研究及应用1J 2.

资源科学, 2000, 20(2):40-45. 1M a Zh ifu , T an Fang . A s t udy on d istri buti on l a w of s unsh i ne hours and t h ei r app licati on i n Tari m B as i n 1J 2. Resou rces Science , 2000, 20(2):40-45. 2

172 王华, 牛清明. 阿克苏市日照时数的突变检测分析1J 2. 新疆

气象, 2002, 25(3):14-15. 1W ang H ua , N i u Q i ng m i ng . Detec -ti on and an al ysis of the s unsh i ne du rati on catastrophes i n Akes u ci ty

1J 2. X i n ji ngM eteorology , 2002, 25(3):14-15. 2

182 郭慕萍, 王志伟, 秦爱民, 等. 54年来中国西北地区降水量的

变化1J 2. 干旱区研究, 2009, 26(1):120-125. 1Guo M up i ng , W ang Zh i w e, i Q i n A i m i n , et a. l Changes i n p recipitati on i n north -w es tC h i na over t h e las t 54years 1J 2. A ri d Zon e Research , 2009, 26(1):120-125. 2

192 满苏尔#沙比提, 艾克拜尔#艾尔肯, 迪里夏提#司马义. 近

50年来新疆莎车县气候变化特征及其成因1J 2. 干旱区研究, 2009, 26(5):621-627. 1M ansur S ab it , Akbar A rk i n , D il xat Is -m a. l Anal ys i s on cli m atic change and i ts cause i n Shache Coun t y i n recen t 50years 1J 2. A ri d Zon e Res earch , 2009, 26(5):621-627. 2

1102孙本国, 毛炜峄, 冯燕茹, 等. 叶尔羌河流域气温、降水及径流

变化特征分析1J 2. 干旱区研究, 2006, 23(2):203-209. 1Sun Benguo , M ao W ei y, i Feng Y anru, et a. l Study on t he change of air t e m perat u re , p reci p i ti on and r unoff vol um e i n t h eY arkant ri ver ba -s i n 1J 2. Ar i d Zone R esearch, 2006, 23(2):203-209. 21112符淙斌, 王强. 气候突变的定义和检测方法1J 2. 大气科学,

1992, 16(4):482-493. 1Fu Congb i n, W ang Q i ang . The d efi n-i ti on and detecti on of t he ab rupt cli m ate ch ange 1J 2. S ci en tia A-t m ospheres S i n ica , 1992, 16(4):482-493. 2

1122马禹, 王旭, 黄镇, 等. 新疆沙尘天气的演化特征及影响因子

1J 2. 干旱区地理, 2006, 29(2):178-185. 1M a Yu , W ang Xu , Hu ang Zhen, et a. l C hange i n space -ti m e d i s tri buti on of sand-dust and i n fl u ence of cli m ati c factors 1J 2. Ari d Land Geography , 2006, 29(2):178-185. 2

Analysis on the Change of Sunshi ne D uration i n K ashgar ,

X i nji ang i n R ecent 39Years

YANG X i a , CA IM ei ,

1

2

Z HAO Y -i zhou ,

3

Z HANG Yun -hu i , LUO Ang ,

14

JI A NG Yuan -an

3

(1. X inj i ang M eteorolog ical O bservat ory, Uru mq i 830002, China ; 2. X injiang In formation Engineering Schoo l , Urumqi 830002, China ;

3. X i njiang Cli m ate C enter, U rumq i 830002, Ch i na ; 4. K ashgar M eteorolog ical Bureau , Kashgar 843305, X i njiang, China )

Abst ract : In this paper , the change o f sunsh i n e duration and its affecting factors are analyzed based on the data of sunshine durati o n and occurring days o f b l o w i n g dus, t floati n g dust and sandstor m in Kashgar , X injiang duri n g t h e period 1970-2008. The resu lts sho w that the sunshine durati o n w as increased notab ly i n recen t 39years . There w ere the si g nifican t seasona l and annual variati o ns o f sunsh i n e dura ti o n . The sunshine duration w as changed i n si g nifican tl y i n t h e 1970s , shar p l y decreased in the 1980s , sli g htly decreased i n the 1990s , bu t sharply i n creased duri n g the period of 2000-2008. There w as a 28-year periodic change o f sunshine duration i n Kashgar , and also a 25-year one i n recent 39years . An abr upt change of sunshine durati o n occurred i n 1997. The sign ificant i n crease of annua, l spr i n g and summ er sunsh i n e durati o ns w as m ainly caused by t h e obv ious reduction of fl o ati n g dus, t ho w -ever sandstor m and b lo w i n g dustw ere no t the m a i n factors affecting the sunsh i n e duration i n Kashgar . K ey w ords : sunshine durati o n ; fl o ati n g dus; t blo w i n g dus; t sand stor m ; K ashgar ; X injiang

第28卷 第1期干旱区研究Vo. l 28 No . 1

2011年1月Jan . 2011AR I D ZONE R ESEARCH

文章编号: 1001-4675(2011) 01-0158-05

近39年喀什日照时数变化分析

1

2

3

1

4

*

杨 霞, 蔡 梅, 赵逸舟, 张云惠, 罗 昂, 江远安

(1. 新疆气象台, 新疆乌鲁木齐 830002; 2. 新疆信息工程学校, 新疆乌鲁木齐 830002;

3. 新疆气候中心, 新疆乌鲁木齐 830002; 4. 喀什地区气象局, 新疆喀什843305)

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摘 要:利用喀什1970-2008年日照时数、浮尘、扬沙、沙尘暴日数等资料, 对该地区日照时数的变化及其可能影响进行分析。结果表明:喀什年日照时数呈显著增加趋势, 年际变化较大, 存在明显的季节差异。20世纪70年代喀什年日照时数变化不大, 80年代异常偏少, 90年代略偏少, 2000-2008年日照时数异常偏多。喀什年日照时数存在准28年变化周期, 在1997年发生了突变。浮尘日数显著减少是造成喀什年日照时数、春季和夏季日照时数显著增加的主要原因之一, 沙尘暴、扬沙不是影响喀什日照时数变化的主要因子。关键词:日照时数; 浮尘; 扬沙; 沙尘暴; 年际变化; 喀什; 新疆中图分类号:P422. 11 文献标识码:A

近百年来, 地球气候正经历一次以全球变暖为主要特征的显著变化

11-32

月, 夏季为6~8月, 秋季为9~11月, 冬季为12月至次年2月, 生成相应气象要素的逐季和年序列。1. 2 计算方法

采用线性趋势分析来估算相关要素的气候变化趋势, 趋势变化用一次线性回归方程表示:

y =a 0+a 1t

式中:t 为年份, a 1为气候倾向率, 乘以10称为该要素趋势变化率, 用最小二乘法可以求得。主要用于定量描述气候序列的趋势变化特征, 正为上升, 负为下降, 并进行可信度显著性检验。

使用M orlet 小波变换进行周期分析。小波分析是将一维的时间序列函数在时间和频率两个方向上展开, 可以分析不同时间频率下一维函数变量随时间的变化, 还可以定量地确定不同时间频率下函数变量发生转折的时间位置。

利用M ann -Kendall 法进行突变检验, M ann-Kenda ll 法是一种常用的突变检测方法, 其优点是不需要样本遵从一定的分布, 也不受少数异常值的干扰, 更适于类型变量和顺序变量, 计算也比较简便, 可以明确突变开始的时间, 并指出突变区域。

。气候变化会引起大气物

理结构和化学变化, 进而影响太阳辐射能量的变化, 日照时数是表征气候变化的气象要素之一, 研究其分布规律, 对农业生产布局、城市建设规划、旅游资源开发、太阳能电站设计等具有重要的现实意义。近年来有不少学者对日照时数的气候变化

152

进行了研究, 胡汝骥等认为, 在全球变暖背景下, 新疆存在着变暖增湿的趋势, 光热资源变幅增大, 随着新疆气候的暖湿化过程, 各地区日照时数也随之发生了变化。马志福等

162

142

研究了塔里木盆地的日运用气候突变理论, 对

照时数分布特征。王华等

172

新疆阿克苏市日照时数序列进行检测分析, 结果发现近50年阿克苏市日照时数总体呈增加趋势, 并存在2次突变。近年来对喀什降水和气温的变化规律研究较多

18-102

, 而系统研究其日照时数变化的成果

尚不多见。本文运用气候诊断分析方法, 对喀什近39年来日照时数的年际和年代际变化进行分析, 以揭示其气候变化的事实, 从而更科学地开发利用光能资源, 合理调整农业结构, 为农业生产提供参考依据。

1 资料和方法

1. 1 资料选取

选取喀什1970-2008年逐月日照时数、沙尘暴日数、扬沙日数及浮尘日数等资料。春季为3~5

*

2 日照时数的变化

2. 1 年际变化

由图1可以看出, 喀什年日照时数呈显著增加趋势, 气候倾向率为62. 9h /10a , 通过0. 01显著性

收稿日期:2009-09-24; 修订日期:2010-08-31

基金项目:科技部科技支撑计划项目/北方农业低温冷害监测预警技术研究0(2006BAD04B02); 新疆维吾尔自治区气象局业务新技

术项目(YX200808)

(女, , . E m i a921@163.

1期 杨 霞等:近39年喀什日照时数变化分析 159

图2可以看出, 近39年喀什春、夏、秋、冬季日照时数均呈增加趋势, 其气候倾向率分别为28. 5h /10a , 17. 5h /10a , 12. 2h /10a 和4. 8h /10a , 其中春季和夏季的增加趋势较显著, 通过了0. 05的显著性检验, 秋季和冬季的增加趋势较弱, 均未通过检验。

从3年滑动平均曲线可以看出, 春季日照时数基本呈现4个阶段:1972-1977年为日照时数偏少期, 1978-1981年日照时数接近平均值, 1982-1996年为日照时数偏少期, 1997-2008年进入日照时数偏多期。夏季日照时数变化比春季大, 阶段性

图1 近39年喀什年日照时数的年际变化F i g . 1 A nnua l variati on of sunshine duration

i n K ashgar i n recent 39years

不如春季明显。秋季日照时数呈两头高中间低的分布形式, 阶段性特征较为明显。冬季日照的多寡交替频繁, 无明显的阶段性特征。进入2000年以后, 春、夏、秋三季的日照时数均高于平均值, 而冬季则低于平均值。2. 3 年代际变化

喀什近39年的年、季日照时数年代际变化(表1) 有以下特征:

(1) 20世纪70年代春季日照时数偏少, 夏、秋季日照时数偏多, 冬季日照时数变化不大, 这样偏多和偏少的量抵消后, 使得70年代日照时数整体变化不大。80年代四季日照时数均偏少, 使得80年代日照时数异常偏少, 其中以夏季最为突出。90

年代

检验。喀什日照时数的年际变化振幅较大(2000年为3056. 7h , 1972年仅为2390. 7h , 两者相差666. 0h), 且呈波动变化, 表现为日照多寡交替出现。从3年滑动平均曲线来看, 近39年喀什年日

照时数大致可分为3个阶段:1977-1981年为年日照时数略偏多期, 1982-1996年为年日照时数偏少期, 1997-2008年日照时数逐渐增加又进入偏多期, 2000年达近39年的极大值(3056. 7h) 。2. 2 季节变化

日照时数的年际变化存在明显的季节差异。从

图2 近39年喀什各季日照时数的逐年变化曲线

F ig . 2 V ariati on of seasona l sunsh i ne dura tion in K ashgar i n recent 39years

干 旱 区 研 究 28卷160

表1 喀什各年代际年、季日照时数距平T ab . 1 Ano m ali e s of annual and seasonal sunsh i ne

duration i n K ashgar

时段1970-19791980-19891990-19992000-2008

春季-21. 7-39. 3-17. 286. 9

夏季3. 5-54. 0

8. 646. 6

秋季17. 4-43. 2-18. 249. 0

冬季-0. 6

年-1. 4

经小波变换后, 可清楚地看出(图3), 喀什年日照时数的变化周期主要集中在低频区, 高频区周期

/h

变化较弱。20~35年尺度的周期信号较强, 在这个尺度上喀什的年日照时数变化表现为2个丰照期和一个寡照期, 即20世纪70-80年代初期的丰照期, 80年代中期至90年代中期的寡照期和90年代中后期的丰照期。小波方差反映了波动的能量随尺度的分布, 故可以确定一个时间序列中存在的主要时间尺度, 即主周期。由图4可以看出, 过去39年喀什年日照时数存在准28年的主周期。

-12. 5-149. 017. 7-5. 1

-9. 1177. 4

春、秋季日照时数偏少, 夏、冬季日照时数偏多。2000-2008年, 除冬季日照时数略偏少外, 其他季节均偏多(以春季最为明显), 使得年日照时数异常偏多。

(2) 春季, 20世纪70, 80年代和90年代日照时数均偏少, 其中以80年代偏少最为明显, 较平均值偏低39. 3h , 2000-2008年, 日照时数异常偏多86. 9h 。

(3) 夏季, 日照时数除20世纪80年代为负距平外, 其他时段均为正距平, 以2000-2008年为最多。

(4) 秋季, 20世纪70年代和2000-2008年间日照时数为正距平, 80年代和90年代为负距平, 以80年代偏少最明显, 偏少43. 2h 。

(5) 冬季, 除20世纪90年代日照时数偏多外, 其他时段日照时数均偏少。2. 4 年日照时数的周期分析

研究表明, 将小波变换用于气候时间序列分析时, 小波系数的变化趋势与气候信号的起伏是基本一致的, 等值线中心可代表波动的峰谷位置, 中心值的大小可以反映出波动的振荡强度。本文采用M orlet 小波变换, 分析前先对资料序列进行了标准

化处理。

图4 喀什年日照时数的小波方差

F i g . 4 W ave l e t variance o f sunshine du ration i n K ashg ar C ity

2. 5 年日照时数的气候突变分析

采用非参数统计检验方法(Mann -Kenda ll), 对喀什近39年的年日照时数进行突变检验。在图5可以看出, 若UF 或UB 的值大于0, 则表示序列呈上升趋势, 小于0则表明呈下降趋势。如果UF 与UB 在临界值? 1. 96(a =0. 05) 之间有一个显著的交点, 且UF 随后上升超过+1. 96或下降低于-1. 96, 则可认为序列产生了突变, 前者表示从低向高突变, 后者表示从高向低突变, 并且这个交点就是突变的开端

1112

阴影为正值区(直线:0. 05显著水平临界值)

图3 喀什年日照时数M or l e t 小波变换F i g . 3 M or l et w avelet transfor m o f sunsh i ne

图5 喀什年日照时数M ann -K enda ll 突变检验F i g . 5 M ann -K endall abrupt chang e test of annua l

K

1期 杨 霞等:近39年喀什日照时数变化分析 161

由图5中UF 曲线可见, 20世纪70-80年代初, 喀什年日照时数呈增加趋势, 80年代中期至90年代中期呈显著减少趋势, 90年代中后期开始呈显著增加趋势, UF 和UB 曲线相交于1997年, 并于2005年超过临界值(+1. 96), 由此确定喀什年日照时数在20世纪90年代中后期的增加是突变现象, 年日照时数在1997年发生了突变。对比前人研究结果发现, 我国各省日照时数的突变时间并不存在一致性, 新疆各地州的日照时数突变时间也不存在一致性

172

是引起喀什春、秋季日照时数变化的主要因子。冬季日照时数与扬沙、浮尘及沙尘暴日数的关系均不显著, 说明这3个因子都不是造成冬季日照时数变化的主要因素。

表3 喀什扬沙、浮尘、沙尘暴日数的气候倾向率Tab . 3 L inear trend of occurr i ng days of b l ow i n g dust ,

floating du st and sand storm over K ashgar

/1d #(10a) -12

扬沙日数

春季夏季秋季冬季年

-1. 03-2. 47* 0. 19-0. 40*-3. 71

***

浮尘日数 -10. 74

*****

*

-12. 16*

-8. 22*

-7. 08

沙尘暴日数

*

-1. 23*

-1. 41

**

3 沙尘天气对日照时数的影响

气象观测中将浮尘、扬沙、沙尘暴3种天气现象统称为沙尘天气。喀什地区地处我国西北边陲, 东部为塔克拉玛干大沙漠, 特殊的地理位置使得该地区沙尘天气发生频率较高。马禹等的研究

1122

-0. 12-0. 25

*

-3. 00

-38. 20

**

注:**表示信度超过0. 01标准, *表示信度超过0. 05标准

指出,

4 结论

(1) 近39年喀什年日照时数呈显著增加趋势, 并存在明显的季节差异。春、夏季日照时数增加趋势显著, 秋、冬季增加趋势较弱。

(2) 20世纪70年代喀什年日照时数变化不大, 80年代异常偏少, 90年代略偏少, 2000-2008年异常偏多。春季, 20世纪70, 80年代和90年代日照时数均偏少, 2000-2008年异常偏多。夏季, 日照时数除20世纪80年代为负距平外, 其他时段均为正距平, 以2000-2008年为最多。秋季, 20世纪70年代和2000-2008年日照时数为正距平, 80年代和90年代为负距平。冬季, 除20世纪90年代日照时数偏多外, 其他时段日照时数均偏少。

(3) 近39年喀什年日照时数存在准28年的主周期, 20世纪70-80年代初为丰照期, 80年代中期至90年代中期为寡照期, 90年代中后期为丰照期。喀什年日照时数在20世纪90年代中后期的增加是突变现象, 年日照时数在1997年发生了突变。

(4) 浮尘日数显著减少是造成喀什年日照时数、春季和夏季日照时数显著增加的主要原因之一。沙尘暴、扬沙不是影响喀什日照时数的主要因子, 沙尘天气对喀什冬季日照时数变化无明显影响。参考文献(Re ferences):

112 H ough t on J T , D i ng Y, Gri ggs D J , et a. l C li m ate Change 2001:Th e

Science of C li m ate Change 1M 2. N e w York :Ca m b ri dge Un i versit y Pres s , 2001:156-159.

2 , , , . 南疆在3~5月沙尘天气对日照时数有着非常显著的影响。本文将分别讨论浮尘、扬沙及沙尘暴各自对喀什日照时数的影响。

从表2可以看出, 喀什年日照时数、春季和夏季日照时数与对应的浮尘日数呈显著的负相关关系, 由表3又知, 近39年喀什年、季浮尘日数均呈显著下降趋势。相关研究表明, 喀什浮尘日数显著减少与新疆气候转向暖湿、冷空气活动减少、植被环境改善有很大关系加。

表2 喀什年日照时数与扬沙、浮尘、沙尘暴日数的相关系数Tab . 2 Correlation coefficien ts between sunsh i n e duration

and occurr i ng days of b l ow i n g dust , float i ng du st

and sandstorm over K ashgar

扬沙日数

春季夏季秋季冬季年

0. 3920. 1550. 398*0. 1580. 124

***

12, 52

。浮尘天气显著减少, 将增加太

阳光有效照射地面的时间, 从而使日照时数显著增

浮尘日数 -0. 434-0. 153-0. 011

*

-0. 392

**

*-0. 224

沙尘暴日数 0. 036 0. 016-0. 105 0. 180-0. 127

注:**表示信度超过0. 01标准, *表示信度超过0. 05标准

从表2还可看出, 年、季日照时数与沙尘暴日数的相关性均较差, 可见沙尘暴不是影响喀什日照时数的主要因子。扬沙日数与日照时数在春季和秋季表现为显著的正相关关系, 但扬沙日数在春季和秋,

干 旱 区 研 究 28卷162

号及影响1J 2. 干旱区地理, 2002, 25(3):194-200. 1H u Ru j, i Jiang Fengq i ng , W ang Yaj un, et a. l A study on signals and effects of cli m ati c pattern c h ange fro m w ar m-d ry t o w ar m-w et i n X i n jiang 1J 2. A ri d Land Geography , 2002, 25(3):194-200. 2

132 薛燕, 韩萍, 冯国华. 半个世纪以来新疆降水和气温的变化趋

势1J 2. 干旱区研究, 2003, 20(2):127-130. 1Xue Yan , H an P i ng , Feng G ouhua . Ch ange trend of t h e p recipitati on and air te m-p erature i n X i n ji ang recent 50years 1J 2. A ri d Zone Research, 2003, 20(2):127-130. 2

142 马淑红, 雄建国, 杨新才, 等. 太阳能电站日照时数推算1J 2. 气

象, 2000, 26(2):45-49. 1M a Shuhong , X iong Ji anguo , Yang X i nca, i et a. l A calcu l ati on of suns h i n e du rati on at t h e s o l ar energy po w er st ati on i n T ari m B as i n 1J 2. M eteoro l og i calM onthly , 2000, 26(2):45-49. 2

152 胡汝骥, 樊自立, 王亚俊, 等. 近50a 新疆气候变化对环境影响

评估1J 2. 干旱区地理, 2001, 24(2):97-103. 1H u Ru j , i Fan Z il, i W ang Yaj un, et a. l Asses s m ent t h e i m pact of cli m ate change on environm en t i n X i n jiang s i nce recen t 50years 1J 2. Arid Land Geography , 2001, 24(2):97-103. 2

162 马志福, 谭芳. 塔里木盆地日照时数分布规律研究及应用1J 2.

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172 王华, 牛清明. 阿克苏市日照时数的突变检测分析1J 2. 新疆

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182 郭慕萍, 王志伟, 秦爱民, 等. 54年来中国西北地区降水量的

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192 满苏尔#沙比提, 艾克拜尔#艾尔肯, 迪里夏提#司马义. 近

50年来新疆莎车县气候变化特征及其成因1J 2. 干旱区研究, 2009, 26(5):621-627. 1M ansur S ab it , Akbar A rk i n , D il xat Is -m a. l Anal ys i s on cli m atic change and i ts cause i n Shache Coun t y i n recen t 50years 1J 2. A ri d Zon e Res earch , 2009, 26(5):621-627. 2

1102孙本国, 毛炜峄, 冯燕茹, 等. 叶尔羌河流域气温、降水及径流

变化特征分析1J 2. 干旱区研究, 2006, 23(2):203-209. 1Sun Benguo , M ao W ei y, i Feng Y anru, et a. l Study on t he change of air t e m perat u re , p reci p i ti on and r unoff vol um e i n t h eY arkant ri ver ba -s i n 1J 2. Ar i d Zone R esearch, 2006, 23(2):203-209. 21112符淙斌, 王强. 气候突变的定义和检测方法1J 2. 大气科学,

1992, 16(4):482-493. 1Fu Congb i n, W ang Q i ang . The d efi n-i ti on and detecti on of t he ab rupt cli m ate ch ange 1J 2. S ci en tia A-t m ospheres S i n ica , 1992, 16(4):482-493. 2

1122马禹, 王旭, 黄镇, 等. 新疆沙尘天气的演化特征及影响因子

1J 2. 干旱区地理, 2006, 29(2):178-185. 1M a Yu , W ang Xu , Hu ang Zhen, et a. l C hange i n space -ti m e d i s tri buti on of sand-dust and i n fl u ence of cli m ati c factors 1J 2. Ari d Land Geography , 2006, 29(2):178-185. 2

Analysis on the Change of Sunshi ne D uration i n K ashgar ,

X i nji ang i n R ecent 39Years

YANG X i a , CA IM ei ,

1

2

Z HAO Y -i zhou ,

3

Z HANG Yun -hu i , LUO Ang ,

14

JI A NG Yuan -an

3

(1. X inj i ang M eteorolog ical O bservat ory, Uru mq i 830002, China ; 2. X injiang In formation Engineering Schoo l , Urumqi 830002, China ;

3. X i njiang Cli m ate C enter, U rumq i 830002, Ch i na ; 4. K ashgar M eteorolog ical Bureau , Kashgar 843305, X i njiang, China )

Abst ract : In this paper , the change o f sunsh i n e duration and its affecting factors are analyzed based on the data of sunshine durati o n and occurring days o f b l o w i n g dus, t floati n g dust and sandstor m in Kashgar , X injiang duri n g t h e period 1970-2008. The resu lts sho w that the sunshine durati o n w as increased notab ly i n recen t 39years . There w ere the si g nifican t seasona l and annual variati o ns o f sunsh i n e dura ti o n . The sunshine duration w as changed i n si g nifican tl y i n t h e 1970s , shar p l y decreased in the 1980s , sli g htly decreased i n the 1990s , bu t sharply i n creased duri n g the period of 2000-2008. There w as a 28-year periodic change o f sunshine duration i n Kashgar , and also a 25-year one i n recent 39years . An abr upt change of sunshine durati o n occurred i n 1997. The sign ificant i n crease of annua, l spr i n g and summ er sunsh i n e durati o ns w as m ainly caused by t h e obv ious reduction of fl o ati n g dus, t ho w -ever sandstor m and b lo w i n g dustw ere no t the m a i n factors affecting the sunsh i n e duration i n Kashgar . K ey w ords : sunshine durati o n ; fl o ati n g dus; t blo w i n g dus; t sand stor m ; K ashgar ; X injiang


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