陇东地区日照变化特征及其影响分析

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　　摘要：为充分利用陇东地区日照资源发展当地生态农业、开发利用太阳能源及建设宜居城镇提供理论依据，利用有代表性的西峰区、崆峒区及环县的气象资料分析该地区日照时数的年际变化特征，并利用Mann-Kendall法对日照时数的突变进行了检验。结果表明，陇东地区日照时数变化呈减少趋势，减少速率为崆峒区>西峰区>环县，崆峒区的日照时数减少最为明显，但各地的日照时数减少速率均小于全国平均值。各地日照时数的年季变化各具特点，近10年年日照时数均偏少，夏季、秋季、冬季亦偏少。各地的日照时数突变期不尽相同，崆峒区发生了2次明显的突变，突变时间最早，西峰区突变时间最迟。总体来看，陇东地区日照资源较为丰富，有利于太阳能的开发利用、提高农作物光合作用效能、发展特色农业及生态环境建设。在农业产业发展规划中要因地制宜，结合作物生长的光特性，适当引种，合理布局，充分提高光能利用效率，大力发展设施农业及特色农业，提高作物品质及产量。
　　关键词：日照时数;变化特征;影响分析;陇东地区
　　Abstract： To provide theoretical basis for making full use of sunshine resources to develop local ecological agriculture， develop and utilize solar energy， and construct livable urban in eastern Gansu province， the meteorological data of representative area including Xifeng district， Kongtong district and Huanxian county was used to analyze the interannual variation characteristics of sunshine hours and tested the sudden change of sunshine hours by Mann-Kendall method. The results showed that the change of sunshine hours in eastern Gansu province showd a decreasing trend， the reduction rate was followed as orders of Kongtong district， Xifeng district and Huanxiancounty from big to small， and the sunshine hours in Kongtong decreased most obviously， but the reduction rate of sunshine hours was less than that of the whole country. The annual variation of sunshine hours in different regions had its own characteristics. In the past ten years， the annual sunshine hours were on the low side， and in summer， autumn and winter， they were also on the low side. The sudden change periods of sunshine hours were different， there were two obvious mutations in Kongtong district， with the earliest mutation time， and the latest mutation time of Xifeng district. On the whole， the sunshine resources in eastern Gansu province are relatively abundant， which is conducive to the develope and utilize of solar energy， improve crop photosynthesis efficiency， develope characteristic agriculture and construct ecological environment. In the planning of agricultural industry development， we should take measures according to local conditions， combine with the light characteristics of crop growth， introducing crops appropriately， arranging reasonably， making full use of light energy efficiency， to vigorously develop facility agriculture and characteristic agriculture， and improve crop quality and yield.
　　Key words： sunshine hours; change characteristics; impact analysis; eastern Gansu province
　　日照是太陽活动最主要的表现形式，是气候变化的驱动力[1]。它是重要的气候资源，是表征当地气候特征的重要气象要素之一，更是人类社会生活、农作物生长不可缺少的条件。日照时数是太阳辐射能量的最直接表现，它的变化能影响到其他气象要素变化和热通量的分布。研究分析气候和环境的变化对日照时数的影响及其分布规律、变化趋势可为气候资源利用、农业产业结构调整、作物的引进和布局调整及太阳能的开发利用提供决策依据[2]。 　　近年来，许多学者对区域日照变化特征及影响因素做了研究。赵东等[3]研究了1961—2007年全国的日照演变特征，指出中国日照时数总体呈下降趋势且具有明显的季节和局地差异，夏季和冬季下降最明显，下降主要发生在东部及南方大部分地区，其中以华北平原降幅最大，气候湿润化是造成西部日照下降的主要原因。陈少勇等[4]研究了西北地区135个测站 47年的日照时数变化特征，指出西北地区的日照时数从东南向西北减少， 甘青新交界区是西北地区日照的高值区，冬季日照最少，夏季最多，春季多于秋季，西北地区大部分地方日照时数显著减少。黄小燕等[5]研究表明，近50年西北地区日照时数平均每10年减少13.6 h，1981年发生突变，以夏季、冬季的减少趋势最显著。买苗等[6]研究分析了黄河流域日照百分率的气候变化趋势，结果表明整个流域平均日照百分率呈明显下降趋势，下降主要表现在夏季和冬季，春季和秋季下降不明显。
　　陇东地区地处西北地区东部，位于青藏高原东北侧，为黄土高原沟壑区，地形地貌复杂多样，四季冷热干湿分明，光照充足，昼夜温差大。在全球气候变化背景下，陇东地区气候亦发生相应变化，灾害天气多发、频发，干旱化趋势较为明显，季节旱涝存在较大的空间分布差异[7]，平均气温呈上升趋势，冬季、春季的增温趋势最为明显[8]，热量资源增加，终霜日提前，无霜期延长[9]。这些现象应该与太阳辐射及日照时数的变化有相互关系，同时，日照时数的长短与当地生态农业发展、太阳能源开发利用及宜居城镇建设有直接关系。因此，分析研究陇东地区日照变化特征有着重要的社会、经济意义。
　　1 资料与方法
　　1.1 资料
　　选取陇东地区有代表性的3个县（区）1960—2018年共59年的日照资料进行分析，3个县（区）分别为平凉市的崆峒区，代表西部残塬山川地形;庆阳市的西峰区，代表中部平塬沟壑地形;环县，代表北部的山地丘陵地形。
　　1.2 方法
　　按照气候学上常用的方法进行季节划分，即3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月至次年2月为冬季[10]。利用倾向率分析日照时数的变化趋势及程度，利用Mann-Kendall法进行日照时数突变检验。日照时数资料采用Microsoft Office Excel 2003软件进行数据统计和制图。
　　2 结果与分析
　　2.1 日照时数变化特征
　　2.1.1 日照时数年变化特征 陇东地区北部环县日照最为充足，年平均为2 553.9 h，1960年以来最多日照年份在北部地区，年较差最小，但日照时数的年变化较大;西部崆峒区年日照时数最少，为多年最少日照时数出现地（表1）。各地年日照时数的平均差值为179.0 h，最大差值为653.4～1 054.2 h，年际差异较大。从1960年以来陇东地区年日照时数变化趋势来看，大多数年份西峰区、崆峒区、环县的变化一致，总体呈减少趋势（图1），减少的速率为崆峒区>西峰区>环县，崆峒区的日照时数减少最为明显，减少量为18.7 h/10年。各地的日照时数减少速率均小于全国平均值[11]。总体来看，陇东地区日照资源较为丰富，有利于太阳能的开发利用、提高农作物光合作用效能、发展特色农业及生态环境建设，在产业发展规划中要因地制宜，结合作物生长的光特性，提高光能利用效率，提升作物增产潜力。
　　2.1.2 日照时数的季变化特征 陇东地区20世纪60—70年代、90年代至21世纪前10年为日照充足时期，西峰区、崆峒区、环县的日照时数分别在20世纪90年代、20世纪70年代、21世纪前10年最多（表2）。20世纪80年代为日照时数明显偏少时期，北部偏少最多。21世纪前10年，各地日照时数均偏多。春季日照时数1960—1990年为持续偏少期，1991—2018年为偏多时期，且总体呈偏多变化趋势，有利于春季越冬作物及牧草返青、果树的萌动。夏季、冬季各地日照时数整体上为减少趋势，秋季日照时数变化趋势不明显。值得注意的是，近10年来，夏季、秋季及冬季日照时数均偏少，秋季偏少最为显著，对当地大力发展的苹果产业有不利影响，使得苹果着色缓慢，商品率降低。光照不足伴随低温阴雨，影响秋季作物灌浆成熟。冬季是设施农业生产的关键时期，需要充足的光照及其他适宜的气象条件，日照时数偏少对设施温棚蔬菜生产有不利影响，尤其遭遇低温冻害天气易受灾。
　　2.2 日照時数的突变检验
　　在全球气候变化背景下，生态环境的许多要素亦发生了相应的变化[12]。气象要素的突变对农业生产、作物品质提升及灾害应对有一定影响，因此研究日照时数的突变分析是对日照时数变化规律的重要认识。为了检验1960年以来陇东地区日照时数是否发生突变，采用气候突变检测中最常用的Mann-Kendall法[13]对西峰区、崆峒区、环县的日照时数进行检验。由于地形、气候等原因，陇东各地的日照变化各具特征，西峰区在20世纪60—70年代日照时数波动上升，在1982年开始呈减少趋势，80年代中期减少趋势增强，并通过了0.01的显著水平临界值，1997年转为增多趋势，2005—2018年又为减少趋势，在2014年发生突变（图2）。崆峒区从1984年开始呈减少趋势，到目前一直维持偏少态势，并在1988、2012年发生了突变（图3）。环县从1972年开始呈偏少趋势，80年代初偏少趋势增强，并在1988年通过了0.05显著水平的临界值，1993年发生突变，日照时数为增多趋势，2012年开始又呈减少趋势（图4）。其中庆阳市西峰区日照时数的突变时间比冬半年最低气温及降水的突变时间偏迟[14，15]。
　　2.3 日照时数变化对农业生产的影响
　　日照时数是当地气候特征最为重要的气象要素之一，是农作物生长必不可少的条件[16]。陇东地区以“雨养农业”为主，传统农业种植以冬小麦、玉米、油料为主，近年由于产业培育及农业结构调整，特色林果业及设施农业发展迅猛，成为当地精准脱贫与发展农村经济的主导产业。总体来看，陇东地区的日照资源较为丰富，西峰区、环县高于全国日照时数平均值，尤其环县高于全国平均值120余小时，但减少速率明显小于全国平均值，为大力发展太阳能利用、引进喜光作物及发展设施农业提供了有利条件。日照时间充足，玉米、特色林果业等光合作用增强，制造的有机物质增多，质量和产量均有所提升，作物增产潜力增加[17]。但陇东地区伏期易发生干旱，充足的光照增加了地面蒸发及植物蒸腾，使旱情发展有所加剧。 　　3 结论
　　1960年以来陇东地区日照时数变化呈减少趋势，减少速率为崆峒区>西峰区>环县，崆峒的日照时数减少最为明显，各地的日照时数减少速率均小于全国平均值。北部环县地区日照时数年较差最小，日照资源最为丰富;西部地区崆峒日照时数最少，为陇东地区多年最少日照时数出现地。
　　陇东地区20世纪60—70年代、90年代至21世纪前10年为日照充足时期，20世纪80年代为日照时数明显偏少时期，北部偏少最多，近10年各地年日照时数均偏少。春季日照时数为偏多变化趋势，夏季、冬季日照时数为减少趋势，秋季日照时数变化趋势不明显。
　　利用Mann-Kendall法对日照时数的突变检验表明，西峰区1960年以来日照时数经历了增加—减少—增加—减少的演变过程，在2010年首次发生突变;崆峒区从1984年开始到现在一直维持偏少态势，亦在2010年发生了突变;环县日照时数增加时间与减少时间大体相当，在1993年发生突变。其中，陇东庆阳市西峰区的日照时数的突变时间比冬半年最低气温及降水的突变时间偏迟。
　　在农业生产中，农作物的光合作用与日照时数密切相关[18]。总体来看，陇东地区日照资源较为丰富，尤其环县、西峰区的日照时数多于全国平均值，有利于传统农业的更新换代及冬季设施蔬菜产业的大力培植发展，但需要注意的是，近10年日照时间呈偏少趋势，在温室蔬菜管理中应引起重视。西峰区、崆峒区应继续结合农业结构调整，大力发展特色林果业及小杂粮作物，崆峒区还应加强养殖业的发展壮大。农业生产是综合气象要素共同作用的结果，本研究只分析了日照時数的影响，与其他气象要素的共同影响今后需进一步研究。
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