建平地區(qū)1959—2013年溫光水資源特征分析

徐麗 何麗娟 谷慧剛

摘 要：為了搞好“三農(nóng)”氣象服務(wù)，采用1959—2013年建平地區(qū)氣候資料，運(yùn)用現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷技術(shù)，分析了建平南北地區(qū)溫光水資源特征和變化趨勢(shì)。結(jié)果表明：建平縣以奴魯爾虎山山脈為界分為差異明顯的南北2個(gè)氣候區(qū)，嶺南區(qū)年平均氣溫為8.5℃、年日照時(shí)數(shù)為2 813h、年降水量461.3mm；嶺北區(qū)年平均氣溫為5.6℃、年日照時(shí)數(shù)為2 934h、年降水量438.3mm。氣溫升高明顯，嶺南區(qū)氣候傾向率為0.243℃/10a、嶺北區(qū)為0.095℃/10a；日照時(shí)數(shù)明顯減少，嶺南區(qū)氣候傾向率為-36.922h/10a、嶺北區(qū)為-35.454h/10a；降水存在減少趨勢(shì)，嶺南區(qū)氣候傾向率為-12.065mm/10a、嶺北區(qū)為-9.754mm/10a。年平均氣溫在1987年突變升高，突變之后升高0.5～0.9℃；日照時(shí)數(shù)在1983突變減少，突變之后減少103～111h。氣溫升高降水減少暖干旱化趨于嚴(yán)峻，擴(kuò)建農(nóng)田水利設(shè)施，調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行。

關(guān)鍵詞：氣候資源；變化趨勢(shì)；特征；突變；建平地區(qū)

中圖分類號(hào) P467 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2015）21-102-04

建平地區(qū)位于遼寧省西部，與河北省承德市、內(nèi)蒙古赤峰市為鄰，奴魯爾虎山山脈將其分為南北2個(gè)截然不同的氣候區(qū)域，嶺南區(qū)氣溫較高、光照較少、降水偏多，嶺北區(qū)氣溫較低、光照充足、降水偏少。

在氣候變暖的情景下[1]，氣候要素發(fā)生了較大的變化，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成了較大的影響。因此，研究氣候資源變化特征，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的調(diào)整和發(fā)展具有十分重要的意義。近年來，有較多的學(xué)者對(duì)不同區(qū)域氣候資源變化進(jìn)行了研究，如：袁應(yīng)澤等[2]研究了南鄭春玉米生產(chǎn)期歷年降水分布規(guī)律；尹洪濤、安昕[3-4]等研究了遼西地區(qū)降水資源變化和干旱規(guī)律；刁軍[5]研究了沈陽地區(qū)氣候資源變化；蘇曉丹[6]對(duì)黑龍江省近56a平均氣溫降水進(jìn)行了分析；杜紅等[7]研究了新疆農(nóng)八師日照時(shí)數(shù)的歷年變化；宗英飛等[8]研究了遼寧西部霜期太陽總輻射和日照時(shí)數(shù)的變化狀況。這些研究結(jié)果普遍存在區(qū)域性特點(diǎn)，在時(shí)間尺度和空間尺度上存在較大的差異。本文采用1959-2013年氣候資料，運(yùn)用序列相關(guān)、一元線性回歸及突變檢驗(yàn)分析方法，就遼寧西部建平地區(qū)氣候資源變化進(jìn)行研究，對(duì)建平南北地區(qū)的年平均氣溫、年日照時(shí)數(shù)和年降水的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，找出其氣候變化的規(guī)律性，以便為“三農(nóng)”搞好氣象服務(wù)提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源 以葉柏壽、建平氣象站1959-2013年各月平均氣溫、日照時(shí)數(shù)和降水量為研究資料。資料來源于建平氣象局資料室。以葉柏壽代表嶺南區(qū)，建平代表嶺北地區(qū)。運(yùn)算分析過程在Excel程序支持下進(jìn)行[9]。

1.2 分析方法

1.2.1 特征值分析 運(yùn)用現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[10]，分別計(jì)算各個(gè)氣象要素的中心趨勢(shì)、變化幅度和分布特征，以及異常事件出現(xiàn)幾率等。其中用平均值體現(xiàn)中心趨勢(shì)，用極差、標(biāo)準(zhǔn)差來體現(xiàn)變化幅度，用標(biāo)準(zhǔn)偏差確定事件發(fā)生幾率。

1.2.2 變化趨勢(shì)分析 用一元線性方程（yi=axi+b）的一次項(xiàng)系數(shù)（a）表征降水變化速率，通常用10a來表示。式中：yi為氣象要素；xi為年際序列號(hào)；b為常數(shù)項(xiàng)；a為斜率，也稱氣候傾向率。

1.2.3 突變分析 運(yùn)用有序聚類分析法[11]推求歷年氣象要素隨時(shí)間序列發(fā)生可能性突變點(diǎn)，使得同類之間的離差平方和最小，而類與類之間的離差平方和相對(duì)較大。由公式（1）計(jì)算得出：

[Sn（t）=Vt+Vn-t] （1）

其中：[Vt=（Xi-Xt）2]；[Vn-t=（Xi-Xn-t）2]

式中：[Xt]為突變點(diǎn)t時(shí)刻前的要素序列均值；[Xn-t]為突變點(diǎn)t時(shí)刻后的要素序列均值；Sn（t）為總離差和，求最優(yōu)分割t使Sn（t）最小。

2 結(jié)果與分析

2.1 年平均氣溫

2.1.1 建平嶺南區(qū) 累年平均氣溫為8.5℃，2007年最高為10.1℃，1969年最低為6.7℃，極差為3.4℃；距平值變化在-1.8～1.6℃，均方差為0.7℃。1959—2013年有11a氣溫異常偏高（>9.2℃），幾率為20.0%，均出現(xiàn)在1994年之后；有8a異常偏低（<7.8℃），幾率為14.5%，出現(xiàn)在1969-1986年。由圖1所示，歷年平均氣溫變化呈升高趨勢(shì)，氣候傾向率為0.243℃/10a，序列相關(guān)系數(shù)為0.529 2（P<0.01），達(dá)到極顯著水平，1959-2013年氣溫線性升高1.4℃。從年代際平均氣溫變化看（見表1），年代之間存在逐漸升高趨勢(shì)，其中以20世紀(jì)70年代最低，21世紀(jì)00年代最高，相差1.4℃。近20a（1994-2013年）年平均氣溫為8.1℃，前20a（1959-1978年）年平均氣溫9.1℃，近20a平均升高1.0℃。經(jīng)有序聚類分析，年平均氣溫在1987年出現(xiàn)由低向高氣候突變。1959-1986年平均氣溫為8.1℃，1987-2013年平均氣溫為9.0℃，突變前后相對(duì)升高0.9℃。年平均氣溫升高10.6%。

2.1.2 嶺北區(qū) 累年平均氣溫為5.6℃，1998、2004年最高為6.6℃，1969年最低為4.0℃，極差為2.6℃；距平值變化在-1.6～1.0℃，均方差為0.5℃。1959-2013年有10a氣溫異常偏高（>6.1℃），幾率為18.2%，出現(xiàn)在1975年之后；有8a異常偏低（<5.1℃），幾率為14.5%，出現(xiàn)在1969-1989年。由圖2所示，歷年平均氣溫變化呈升高趨勢(shì)，氣候傾向率為0.095℃/10a，序列相關(guān)系數(shù)為0.279 6（P<0.05），達(dá)到顯著水平，1959-2013年氣溫線性升高0.5℃。從年代際平均氣溫變化看（見表1），從20世紀(jì)70年代開始存在逐漸升高趨勢(shì)，其中以20世紀(jì)70年代最低，21世紀(jì)00年代最高，相差0.6℃。近20a（1994-2013年）年平均氣溫為6.0℃，前20a（1959-1978年）年平均氣溫5.4℃，近20a平均升高0.6℃。經(jīng)有序聚類分析，年平均氣溫在1987年出現(xiàn)由低向高氣候突變。1959-1986年平均氣溫為5.4℃，1987-2013年平均氣溫為5.9℃，突變前后相對(duì)升高0.5℃。年平均氣溫升高8.9%。

2.2 年日照時(shí)數(shù)

2.2.1 建平嶺南區(qū) 累年平均日照時(shí)數(shù)為2 813h，1965年最多為3 041h，2012年最少為2 597h，極差為444h；距平值變化在-216～228h，均方差為103h。1959-2013年有7a日照時(shí)數(shù)異常偏多（>2 916h），幾率為12.7%，均出現(xiàn)在1981年之前；有12a異常偏少（<2 710h），幾率為21.8%，出現(xiàn)在1976年之后。由圖3所示，歷年日照時(shí)數(shù)變化呈減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-36.922h/10a，序列相關(guān)系數(shù)為-0.572 8（P<0.01），達(dá)到極顯著水平，1959-2013年日照時(shí)數(shù)線性減少203h。從年代際日照時(shí)數(shù)變化看（見表1），年代之間存在逐漸減少趨勢(shì)，其中以20世紀(jì)60年代最多，20世紀(jì)90年代最少，相差174h。近20a（1994-2013年）年日照時(shí)數(shù)為2 759h，前20a（1959-1978年）年日照時(shí)數(shù)2 881h，近20a平均減少122h。經(jīng)有序聚類分析，年日照時(shí)數(shù)在1983年出現(xiàn)由多到少氣候突變。1959-1982年日照時(shí)數(shù)為2 875h，1983-2013年日照時(shí)數(shù)為2 764h，突變前后相對(duì)減少111h，占累年平均日照時(shí)數(shù)的3.9%。

2.2.2 嶺北區(qū) 累年日照時(shí)數(shù)為2 934h，1965年最多為3 191h，2008年最少為2 767h，極差為424h；距平值變化在-167～257h，均方差為96h。1959-2013年有7a日照時(shí)數(shù)異常偏多（>3 030h），幾率為12.7%，均出現(xiàn)在1989年之前；有12a異常偏少（<2 847h），幾率為21.8%，均出現(xiàn)在1990年之后。由圖4所示，歷年日照時(shí)數(shù)變化呈減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-35.454h/10a，序列相關(guān)系數(shù)為-0.591 2（P<0.01），達(dá)到極顯著水平，1959-2013年日照時(shí)數(shù)線性減少189h。從年代際日照時(shí)數(shù)變化看（見表1），年代之間存在逐漸減少趨勢(shì)，其中以20世紀(jì)60年代最多，21世紀(jì)00年代最少，相差157h。近20a（1994-2013年）年日照時(shí)數(shù)為2 874h，前20a（1959-1978年）年日照時(shí)數(shù)2 993h，近20a平均減少119h。經(jīng)有序聚類分析，年日照時(shí)數(shù)在1983年出現(xiàn)由多到少氣候突變。1959-1982年日照時(shí)數(shù)為2 992h，1983-2013年日照時(shí)數(shù)為2 889h，突變前后相對(duì)減少103h，占累年平均日照時(shí)數(shù)的3.5%。

2.3 年降水量

2.3.1 建平嶺南區(qū) 累年平均降水量為461.3mm，1962年最多為758.7mm，2013年最少為266.7mm，極差為492.0mm，極比為2.8倍；距平值變化在-195～297mm，均方差為109mm，降水量離散度較大。1959-2013年出現(xiàn)8a降水異常偏多（>570mm），幾率為14.5%；出現(xiàn)7a異常偏少（<352mm），幾率為12.7%，均出現(xiàn)在1981年之后。由圖5所示，年降水量變化呈減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-12.065mm/10a，序列相關(guān)系數(shù)為-0.1752（P>0.05）不顯著。年降水量經(jīng)歷2次減少過程，1959-1988年為第一次減少過程，其平均降水量為465.9mm，傾向率為

-33.432mm/10a；1989-2013年為第二次減少過程，其平均降水量為456.9mm，傾向率為-47.735mm/10a。第二次降水減少幅度大于第一次，進(jìn)一步說明年降水量存在減少的趨勢(shì)性。

從年代際平均降水變化看，20世紀(jì)60年代最多，21世紀(jì)00年代最少，相差57.2mm。近20a（1994-2013年）降水量平均為446.2mm，前20a（1959-1978年）平均降水量為487.2mm，近20a平均減少41.0mm。經(jīng)有序聚類分析，年降水量不存在明顯的氣候突變現(xiàn)象。

2.3.2 嶺北區(qū) 累年平均降水量為438.3mm，1962年最多為804.4mm，2009年最少為268.9mm，極差為535.5mm，極比為3.0倍；距平值變化在-169.4～366.1mm，均方差為105mm，降水量離散度較大。1959-2013年出現(xiàn)7a降水異常偏多（>543mm），幾率為12.7%；出現(xiàn)10a異常偏少（<333mm），幾率為18.2%。由圖6所示，年降水量變化呈減少趨勢(shì)，氣候傾向率為-9.754mm/10a，序列相關(guān)系數(shù)為-0.146 9（P>0.05）不顯著。從年代際平均降水變化看，20世紀(jì)60年代最多，21世紀(jì)00年代最少，相差48.7mm。近20a（1994-2013年）降水量平均為414.3mm，前20a（1959-1978年）平均降水量為456.3mm，近20a平均減少42.0mm。經(jīng)有序聚類分析，年降水量不存在明顯的氣候突變現(xiàn)象。

3 結(jié)論與討論

（1）在氣候變暖的環(huán)境下，建平縣區(qū)域內(nèi)，嶺南區(qū)氣溫比嶺北區(qū)平均高2.9℃。1959-2013年氣溫升高趨勢(shì)明顯，嶺南比嶺北更為顯著。在近20a里嶺南年平均氣溫升高1.0℃，嶺北升高0.6℃。1987年出現(xiàn)氣候突變，突變前后嶺南升高0.9℃，約升高11個(gè)百分點(diǎn)；嶺北升高0.5℃，約升高9個(gè)百分點(diǎn)。當(dāng)氣溫升高時(shí)，也就是熱量資源在增加，這對(duì)霜期設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)十分有利，可減少熱能材料的投入，相對(duì)降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本提高經(jīng)濟(jì)效益；而對(duì)大田農(nóng)業(yè)來說，氣溫升高可增加農(nóng)作物蒸騰，加大對(duì)水分的需求，對(duì)農(nóng)作物生長不利。

（2）嶺南區(qū)年日照時(shí)數(shù)總量比嶺北區(qū)平均少121h。1959-2013年日照時(shí)數(shù)呈明顯減少趨勢(shì)，近20a嶺南平均減少122h，嶺北平均減少119h。年日照時(shí)數(shù)在1983年突變減少，突變前后嶺南平均減少111h，嶺北平均減少103h。

（3）建平縣區(qū)域內(nèi)，嶺南區(qū)降水比嶺北區(qū)平均多23.0mm。在所分析的1959-2013年時(shí)間尺度內(nèi)降水量距平值變化幅度較大，降水量存在減少趨勢(shì)性，近20a嶺南平均減少41.0mm，嶺北平均減少42.0mm。

綜上分析，在氣候變暖大環(huán)境下，建平地區(qū)氣溫升高熱量資源增加、光照資源和大氣降水資源在減少，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來說弊大于利，氣候條件呈逐漸惡化的趨勢(shì)，少雨寡照加之氣溫的升高，使得近地面層蒸騰增大，漸顯暖干旱化現(xiàn)象，未來農(nóng)業(yè)干旱頻率增加將是必然的趨勢(shì)。因此，研究氣候資源變化規(guī)律，提早預(yù)測(cè)和預(yù)防減少氣象災(zāi)害的危害，則是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)順利進(jìn)行的首要任務(wù)。本研究可為“三農(nóng)”生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)氣候資源開發(fā)利用提供分析依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]秦大河，羅勇，陳振林.氣候變化科學(xué)的最新進(jìn)展——IPCC第四次評(píng)估綜合報(bào)告解析[J].氣候變化研究進(jìn)展，2007，3（6）：311-314.

[2]袁應(yīng)澤.從降水量看干旱對(duì)南鄭春玉米生產(chǎn)的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2004，20（5）：256-258.

[3]尹洪濤，張國林.1953—2012年遼寧西部大氣降水資源的變化[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（9）：102-105.

[4]安昕，張國林.遼寧西部半干旱區(qū)近50年降水趨勢(shì)及周期變化[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28（05）：214-220.

[5]刁軍，董曉明，姜曉燕，等.氣候變化對(duì)沈陽地區(qū)大田作物的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28（23）：266-270.

[6]蘇曉丹，張雪萍.黑龍江省近56年氣溫降水變化特征及突變分析[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（14）：205-209.

[7]杜紅，杜峰，李紅英，等.新疆農(nóng)八師墾區(qū)氣候變化及對(duì)農(nóng)業(yè)的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，28（20）：290-294.

[8]宗英飛，張國林，謝華光.遼西霜期光照資源變化對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（9）：355-357.

[9]安維默.用Excel管理和分析數(shù)據(jù)[M].北京：人民郵電出版社，2003：208-263.

[10]魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M].北京：氣象出版社，2007：13-204.

[11]王國慶，賈西安，陳江南，等.人類活動(dòng)對(duì)水文時(shí)間序列的顯著干擾點(diǎn)分析——以黃河中游無定河流域?yàn)槔齕J].西北水資源與水工程，2001，12（3）：13-16.

（責(zé)編：張宏民）