1992—2021年阿拉善盟氣候資源時空演變特征

邢 彬

（阿拉善盟氣象局，內蒙古 阿拉善盟 750306）

氣候資源是指風資源、熱資源、光資源、降水資源等氣象資源及潮汐能等其他衍生資源，它是可被人類直接或間接利用的自然資源。各領域專家從氣象學角度對不同種類氣候資源開展深入廣泛的研究。風資源方面，王必強等[1]通過對比分析證明湖北省大風速段指標與傳統指標存在較好的相關性；光資源方面，張飛民等[2]運用已知結果的集合平均法預報未來10年光資源時間變化特征；熱資源方面，姚林林等[3]利用序列分析法得到中亞水熱資源的季節差異和敏感性因子；降水資源方面，郭宗凱等[4]通過降水量時間序列得到遼寧省冬季降水資源突變不明顯。氣候資源對整個社會的影響非常廣泛，包括農業、生態等方面，其中以曼-肯德爾法[5]、最小二乘法線性回歸及氣候傾向率、相關性及顯著性檢驗、適宜度等研究方法的使用最為普遍。本文借鑒以上分析方法和研究思路，著眼于研究阿拉善盟氣候資源時空演變特征，為促進氣候資源的合理開發利用和保護提供科學依據。

1 資料與預處理

氣象資料來自阿拉善盟氣象局氣象服務系統，包括平均風速、太陽輻射、日照時數、積溫、無霜期、氣溫和降水量。由于烏斯太和孿井灘遷站，資料存在不連續，選取烏斯太2008—2021年的資料、孿井灘2002—2021年的資料。風速為2 min 時間間隔平均風速，太陽輻射為總輻照量，使用額濟納旗2017—2021年的資料。積溫為不小于10 ℃的平均溫度累加值。采用線性內插法對缺測、誤測資料進行插值增補。采用Excel 2021 軟件對各氣象要素進行一元線性回歸趨勢分析和突變特征分析，計算信噪比，繪制折線圖。

2 分析方法

2.1 趨勢分析

趨勢分析通過構建一元線性回歸方程來實現，如式（1）所示。

式中：Y為氣候資源；b為回歸常數；a為趨勢系數，10 倍的趨勢系數為氣候傾向率；t為要素個數(t=1,2,…,n)。

2.2 曼-肯德爾法突變性檢驗分析

曼-肯德爾法是判斷氣候時間序列中氣象要素是否突變的分析方法。假設有k個要素的序列x，構建序列sn是n時的數大于m時的數個數的累計值，定義一個統計學量，如式（2）所示。

對于序列x的逆序列，令統計量UBn=-UFn，n=k,k-1,…,l，UBn=0。在臨界范圍內，UBn和UFn的交點處為突變發生時間。用信噪比（SNR）[6]判斷序列中交點處是否發生突變。

3 氣候資源特征分析

3.1 風資源特征

阿拉善盟各地年平均風速為2.4～4.7 m/s，額濟納旗中部、阿拉善左旗中部年平均風速在3 m/s 以下，額濟納旗西部平均風速在4 m/s 以上。年平均風速呈逐年減小的趨勢，氣候傾向率為-0.04 m/（s·10 a），趨勢通過顯著性檢驗（顯著性系數P＜0.1）。

3.2 光資源特征

額濟納旗年輻照量為6 196～6 631 MJ/m2。根據《太陽能資源評估方法》（GB/T 37526—2019），2019年屬于很豐富（B）等級，其余四年均屬于最豐富（A）等級；從太陽能資源穩定程度上看，秋季和冬季為穩定（B）等級，春季和夏季為很穩定（A）等級；阿拉善盟各地年平均日照時數介于2 988～3 354 h，自阿拉善左旗南部向西向北逐漸增加，時數逐漸減少，氣候傾向率為-30.1 h/10 a，趨勢的信度檢驗不顯著。

3.3 熱資源特征

阿拉善盟各地年平均氣溫介于6.8～11.4 ℃，年平均氣溫呈逐年升高的趨勢，自東部、南部向西北部升高，氣候傾向率為0.4 ℃/10 a，趨勢通過顯著性檢驗（顯著性系數P＜0.01）；阿拉善盟各地不小于10 ℃的年平均積溫介于3 511～4 216 ℃，積溫呈逐年增加的趨勢，自西部向東部增加，氣候傾向率為82.2 ℃/10 a，趨勢通過顯著性檢驗（顯著性系數P＜0.01）；阿拉善盟各地年平均無霜期日數介于143～175 d，日數呈逐年增加的趨勢，自巴彥浩特至烏斯太一線向西向南增加，氣候傾向率為3 d/10 a，趨勢通過顯著性檢驗（顯著性系數P＜0.1）。終霜日呈提前的趨勢，氣候傾向率為-4 d/10 a，趨勢通過顯著性檢驗（顯著性系數P＜0.02）。初霜日呈延后的趨勢，氣候傾向率為3 d/10 a，趨勢通過顯著性檢驗（顯著性系數P＜0.05）。

3.4 降水資源特征

阿拉善盟各地年平均降水量介于36.9～222.3 mm，呈逐年增加趨勢，氣候傾向率為8.9 mm/10 a，變化趨勢通過顯著性檢驗（顯著性系數P＜0.1）。年平均降水量在空間上自西北部向東部和西南部逐漸增加。

4 氣候資源突變特征

取顯著性水平為0.05，U0.05上界（方點）為+1.96，U0.05下界（短劃線）為-1.96。構建UF統計量和UB統計量序列。對風資源進行分析，在U0.05的上下界之間，折線有3 個交點且SNR<1.0，沒有突變，如圖1（a）所示；對光資源進行分析，UF折線和UB折線有2 個交點，分別在2011年和2013年，交點處SNR<1.0，沒有突變，如圖1（b）所示；對熱資源進行分析，年平均氣溫的UF折線和UB折線在U0.05的上下界之間僅有一個交點，交點處SNR>1.0，年平均氣溫在2013年發生突變，如圖1（c）所示；對降水資源進行分析，折線間有3 個交點，交點處SNR<1.0，沒有突變，如圖1（d）所示。

圖1 1992—2021年阿拉善盟氣候資源統計量折線圖

5 結論

1992—2021年，阿拉善盟年平均風速呈逐年減小的趨勢，沒有發生氣候突變；額濟納旗年輻照量為6 196～6 631 MJ/m2，太陽能資源評估等級為B 級以上；年平均日照時數在時間上呈逐漸減少的趨勢，空間上自阿拉善左旗南部向西向北逐漸增加。年平均日照時數沒有發生氣候突變。年平均氣溫呈逐年升高的趨勢，2013年發生氣候突變；年平均積溫呈逐年增加的趨勢，空間上自西部向東部逐漸增加；年平均無霜期日數呈逐年增加的趨勢，空間上自巴彥浩特至烏斯太一線向西向南逐漸增加，終霜日呈逐年提前的趨勢，初霜日呈逐年延后的趨勢。年平均降水量在時間上總體呈逐年增加趨勢，變化趨勢通過顯著性檢驗（顯著性系數P＜0.1），在空間上自西北部向東部和西南部逐漸增加。年平均降水量沒有發生氣候突變。