隴東地區日照變化特征及其影響分析

任繼幫

摘要：為充分利用隴東地區日照資源發展當地生態農業、開發利用太陽能源及建設宜居城鎮提供理論依據，利用有代表性的西峰區、崆峒區及環縣的氣象資料分析該地區日照時數的年際變化特征，并利用Mann-Kendall法對日照時數的突變進行了檢驗。結果表明，隴東地區日照時數變化呈減少趨勢，減少速率為崆峒區>西峰區>環縣，崆峒區的日照時數減少最為明顯，但各地的日照時數減少速率均小于全國平均值。各地日照時數的年季變化各具特點，近10年年日照時數均偏少，夏季、秋季、冬季亦偏少。各地的日照時數突變期不盡相同，崆峒區發生了2次明顯的突變，突變時間最早，西峰區突變時間最遲。總體來看，隴東地區日照資源較為豐富，有利于太陽能的開發利用、提高農作物光合作用效能、發展特色農業及生態環境建設。在農業產業發展規劃中要因地制宜，結合作物生長的光特性，適當引種，合理布局，充分提高光能利用效率，大力發展設施農業及特色農業，提高作物品質及產量。

關鍵詞：日照時數;變化特征;影響分析;隴東地區

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

日照是太陽活動最主要的表現形式，是氣候變化的驅動力[1]。它是重要的氣候資源，是表征當地氣候特征的重要氣象要素之一，更是人類社會生活、農作物生長不可缺少的條件。日照時數是太陽輻射能量的最直接表現，它的變化能影響到其他氣象要素變化和熱通量的分布。研究分析氣候和環境的變化對日照時數的影響及其分布規律、變化趨勢可為氣候資源利用、農業產業結構調整、作物的引進和布局調整及太陽能的開發利用提供決策依據[2]。

近年來，許多學者對區域日照變化特征及影響因素做了研究。趙東等[3]研究了1961—2007年全國的日照演變特征，指出中國日照時數總體呈下降趨勢且具有明顯的季節和局地差異，夏季和冬季下降最明顯，下降主要發生在東部及南方大部分地區，其中以華北平原降幅最大，氣候濕潤化是造成西部日照下降的主要原因。陳少勇等[4]研究了西北地區135個測站 47年的日照時數變化特征，指出西北地區的日照時數從東南向西北減少， 甘青新交界區是西北地區日照的高值區，冬季日照最少，夏季最多，春季多于秋季，西北地區大部分地方日照時數顯著減少。黃小燕等[5]研究表明，近50年西北地區日照時數平均每10年減少13.6 h，1981年發生突變，以夏季、冬季的減少趨勢最顯著。買苗等[6]研究分析了黃河流域日照百分率的氣候變化趨勢，結果表明整個流域平均日照百分率呈明顯下降趨勢，下降主要表現在夏季和冬季，春季和秋季下降不明顯。

隴東地區地處西北地區東部，位于青藏高原東北側，為黃土高原溝壑區，地形地貌復雜多樣，四季冷熱干濕分明，光照充足，晝夜溫差大。在全球氣候變化背景下，隴東地區氣候亦發生相應變化，災害天氣多發、頻發，干旱化趨勢較為明顯，季節旱澇存在較大的空間分布差異[7]，平均氣溫呈上升趨勢，冬季、春季的增溫趨勢最為明顯[8]，熱量資源增加，終霜日提前，無霜期延長[9]。這些現象應該與太陽輻射及日照時數的變化有相互關系，同時，日照時數的長短與當地生態農業發展、太陽能源開發利用及宜居城鎮建設有直接關系。因此，分析研究隴東地區日照變化特征有著重要的社會、經濟意義。

1 資料與方法

1.1 資料

選取隴東地區有代表性的3個縣（區）1960—2018年共59年的日照資料進行分析，3個縣（區）分別為平涼市的崆峒區，代表西部殘塬山川地形;慶陽市的西峰區，代表中部平塬溝壑地形;環縣，代表北部的山地丘陵地形。

1.2 方法

按照氣候學上常用的方法進行季節劃分，即3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至次年2月為冬季[10]。利用傾向率分析日照時數的變化趨勢及程度，利用Mann-Kendall法進行日照時數突變檢驗。日照時數資料采用Microsoft Office Excel 2003軟件進行數據統計和制圖。

2 結果與分析

2.1 日照時數變化特征

2.1.1 日照時數年變化特征 隴東地區北部環縣日照最為充足，年平均為2 553.9 h，1960年以來最多日照年份在北部地區，年較差最小，但日照時數的年變化較大;西部崆峒區年日照時數最少，為多年最少日照時數出現地（表1）。各地年日照時數的平均差值為179.0 h，最大差值為653.4～1 054.2 h，年際差異較大。從1960年以來隴東地區年日照時數變化趨勢來看，大多數年份西峰區、崆峒區、環縣的變化一致，總體呈減少趨勢（圖1），減少的速率為崆峒區>西峰區>環縣，崆峒區的日照時數減少最為明顯，減少量為18.7 h/10年。各地的日照時數減少速率均小于全國平均值[11]。總體來看，隴東地區日照資源較為豐富，有利于太陽能的開發利用、提高農作物光合作用效能、發展特色農業及生態環境建設，在產業發展規劃中要因地制宜，結合作物生長的光特性，提高光能利用效率，提升作物增產潛力。

2.1.2 日照時數的季變化特征 隴東地區20世紀60—70年代、90年代至21世紀前10年為日照充足時期，西峰區、崆峒區、環縣的日照時數分別在20世紀90年代、20世紀70年代、21世紀前10年最多（表2）。20世紀80年代為日照時數明顯偏少時期，北部偏少最多。21世紀前10年，各地日照時數均偏多。春季日照時數1960—1990年為持續偏少期，1991—2018年為偏多時期，且總體呈偏多變化趨勢，有利于春季越冬作物及牧草返青、果樹的萌動。夏季、冬季各地日照時數整體上為減少趨勢，秋季日照時數變化趨勢不明顯。值得注意的是，近10年來，夏季、秋季及冬季日照時數均偏少，秋季偏少最為顯著，對當地大力發展的蘋果產業有不利影響，使得蘋果著色緩慢，商品率降低。光照不足伴隨低溫陰雨，影響秋季作物灌漿成熟。冬季是設施農業生產的關鍵時期，需要充足的光照及其他適宜的氣象條件，日照時數偏少對設施溫棚蔬菜生產有不利影響，尤其遭遇低溫凍害天氣易受災。

2.2 日照時數的突變檢驗

在全球氣候變化背景下，生態環境的許多要素亦發生了相應的變化[12]。氣象要素的突變對農業生產、作物品質提升及災害應對有一定影響，因此研究日照時數的突變分析是對日照時數變化規律的重要認識。為了檢驗1960年以來隴東地區日照時數是否發生突變，采用氣候突變檢測中最常用的Mann-Kendall法[13]對西峰區、崆峒區、環縣的日照時數進行檢驗。由于地形、氣候等原因，隴東各地的日照變化各具特征，西峰區在20世紀60—70年代日照時數波動上升，在1982年開始呈減少趨勢，80年代中期減少趨勢增強，并通過了0.01的顯著水平臨界值，1997年轉為增多趨勢，2005—2018年又為減少趨勢，在2014年發生突變（圖2）。崆峒區從1984年開始呈減少趨勢，到目前一直維持偏少態勢，并在1988、2012年發生了突變（圖3）。環縣從1972年開始呈偏少趨勢，80年代初偏少趨勢增強，并在1988年通過了0.05顯著水平的臨界值，1993年發生突變，日照時數為增多趨勢，2012年開始又呈減少趨勢（圖4）。其中慶陽市西峰區日照時數的突變時間比冬半年最低氣溫及降水的突變時間偏遲[14，15]。

2.3 日照時數變化對農業生產的影響

日照時數是當地氣候特征最為重要的氣象要素之一，是農作物生長必不可少的條件[16]。隴東地區以“雨養農業”為主，傳統農業種植以冬小麥、玉米、油料為主，近年由于產業培育及農業結構調整，特色林果業及設施農業發展迅猛，成為當地精準脫貧與發展農村經濟的主導產業。總體來看，隴東地區的日照資源較為豐富，西峰區、環縣高于全國日照時數平均值，尤其環縣高于全國平均值120余小時，但減少速率明顯小于全國平均值，為大力發展太陽能利用、引進喜光作物及發展設施農業提供了有利條件。日照時間充足，玉米、特色林果業等光合作用增強，制造的有機物質增多，質量和產量均有所提升，作物增產潛力增加[17]。但隴東地區伏期易發生干旱，充足的光照增加了地面蒸發及植物蒸騰，使旱情發展有所加劇。

3 結論

1960年以來隴東地區日照時數變化呈減少趨勢，減少速率為崆峒區>西峰區>環縣，崆峒的日照時數減少最為明顯，各地的日照時數減少速率均小于全國平均值。北部環縣地區日照時數年較差最小，日照資源最為豐富;西部地區崆峒日照時數最少，為隴東地區多年最少日照時數出現地。

隴東地區20世紀60—70年代、90年代至21世紀前10年為日照充足時期，20世紀80年代為日照時數明顯偏少時期，北部偏少最多，近10年各地年日照時數均偏少。春季日照時數為偏多變化趨勢，夏季、冬季日照時數為減少趨勢，秋季日照時數變化趨勢不明顯。

利用Mann-Kendall法對日照時數的突變檢驗表明，西峰區1960年以來日照時數經歷了增加—減少—增加—減少的演變過程，在2010年首次發生突變;崆峒區從1984年開始到現在一直維持偏少態勢，亦在2010年發生了突變;環縣日照時數增加時間與減少時間大體相當，在1993年發生突變。其中，隴東慶陽市西峰區的日照時數的突變時間比冬半年最低氣溫及降水的突變時間偏遲。

在農業生產中，農作物的光合作用與日照時數密切相關[18]。總體來看，隴東地區日照資源較為豐富，尤其環縣、西峰區的日照時數多于全國平均值，有利于傳統農業的更新換代及冬季設施蔬菜產業的大力培植發展，但需要注意的是，近10年日照時間呈偏少趨勢，在溫室蔬菜管理中應引起重視。西峰區、崆峒區應繼續結合農業結構調整，大力發展特色林果業及小雜糧作物，崆峒區還應加強養殖業的發展壯大。農業生產是綜合氣象要素共同作用的結果，本研究只分析了日照時數的影響，與其他氣象要素的共同影響今后需進一步研究。

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