近54年来新疆和田地区平均风速时空变化_刘强吉
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第41卷 第4期西南师范大学学报(自然科学版)2016年4月Vol.41 No.4 Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition)Apr.2016
DOI:10.13718/j.cnki.xsxb.2016.04.010
近54年来新疆和田地区平均风速时空变化①
刘强吉1,2, 武胜利1,2, 罗 兰3, 窦晓静1,2,
夏 黎1,2, 夏诗书1,2, 虞游毅1,2, 潘 蕾1,2
1.新疆师范大学地理科学与旅游学院,乌鲁木齐830054;
2.新疆师范大学新疆干旱区湖泊环境与资源重点实验室,乌鲁木齐830054;
3.新疆大学资源与环境科学学院,乌鲁木齐830046
摘要:采用滑动趋势分析、突变分析等方法对新疆和田地区4个气象站1960-2013年的平均风速日值资料进行分析,以探讨该地区平均风速的变化趋势.研究表明:和田地区年平均风速以0.006(m·s)/a(p<0.01)的递减速率呈现明显的下降趋势;四季平均风速也呈现明显的下降趋势,秋季递减趋势最大,春季次之,冬季最小;平均风速以5月最大,4月次之,12月最小;在空间分布上,平均风速也存在较大的差异.和田地区平均风速在1977年发生突变,春季突变发生在1977年、1978年,夏季略早(1975年、1976年),秋、冬季略晚,分别为1979年和1980年.关 键 词:新疆和田地区;平均风速;时空变化;突变分析
中图分类号:P467 文献标志码:A 文章编号:1000-5471(2016)04-0045-07
风速是表征气候变化以及气候形成的重要气象因素,也是影响蒸发的主要因素之一[1].近100年来全球平均地面气温升高0.74℃[2-5],而随着气候的变暖,风速也随之发生变化[6].大风造成的灾害主要由风的压力引起,大风会产生沙尘暴灾害,造成土壤风蚀、沙化,破坏生态环境,危害农业生产[7-9].研究区域风速环境特征可以了解风沙地貌的演变规律,为治理风沙危害提供科学根据[10].近年来,随着风沙危害的加重,越来越多的学者对其展开了研究[11-19].国内学者认为中国风速近50年来呈减小趋势[9,15-19].学术界对于湿润、半湿润、半干旱地区的平均风速研究较多,如对我国的沿海地区[15]、东北地区[16]、黄土高原地区[17]、秦岭山地[1]、西南重庆地区[18]、河西走廊[19]等地风速特征的研究,而对于中高纬度西风带控制下干旱地区研究较少.
和田地区地处欧亚大陆中心,远离海洋,气候干旱,降水稀少,土地贫瘠,自然条件十分恶劣,农业用地基本集中在仅有的一些绿洲区域.研究区位于新疆维吾尔自治区南隅(77°31′-84°55′E,34°22′-39°38′N),南越昆仑山抵藏北高原,东部与巴音郭楞蒙古自治州毗邻,北部深入塔克拉玛干沙漠腹地,西部连喀什地区,西南枕喀喇昆仑山与印度、巴基斯坦接壤,辖1市7县,属暖温带极端干旱的荒漠气候,全年降水稀少,多风沙天气,是典型的少、边、穷地区,沙漠广布,耕地面积少且第一产业占相当大的比重[20].因此,本研究拟对和田地区平均风速的时空变化特征进行研究,既可以揭示中高纬度西风带控制下干旱区平均风速的变化规律,也可以为当地生态环境的改善、能源利用、工农业生产提供科学依据.
①收稿日期:2015-05-24
基金项目:国家自然科学基金项目(41161004);国家自然科学基金NSFC-新疆联合基金重点项目(U1138302);新疆干旱区环境与资源实验室基金项目(XJDX0909-2012-03).
作者简介:刘强吉(1988-),男,陕西汉中人,硕士研究生,主要从事干旱区环境与灾害防治研究.
通信作者:武胜利,教授,硕士研究生导师.
1 资料来源与研究方法
依据资料的连续性及最长时段性等标准,本研究共选取符合条件的气象站4个(表1).地面气象站的平均风速、最大风速日值资料均来自国家气象地面基准站.为了保证所选气象站数据资料长度的均一和稳定,气象资料时间跨度一致为1960年1月1日-2014年2月28日.按照3月至5月为春季,6月至8月为夏季,9月至11月为秋季,12月至翌年2月为冬季对平均风速和最大风速资料进行处理.运用5年滑动趋势分析法、M-K突变检验法等对数据进行分析,年平均风速、最大风速为每年12月均值,由于研究范围较小,在计算平均风速及最大风速时采用一次线性趋势拟合.M-K法是一种非参数统计检验方法,因其计算方便、检测范围广而被广泛使用.
表1 新疆和田地区4个气象站地理位置
站点和田民丰皮山于田纬度(N)37°08′37°04′37°37′36°51′经度(E)79°56′82°43′78°17′81°39′海拔/m
1
375.0 1 409.5
1 375.4
1
422.01.1 一元线性趋势分析
一元线性回归:利用直线回归的方法对原时间序列拟合线性方程,消除其它成分变动,揭示数列长期直线趋势,公式为:
Y=a+bt
其中,线性方程中的斜率b的1
0倍定义为气候倾向率,表征时间序列的变化趋势.气候倾向率的大小表征变化的速度,正负值表示变化方向.1
.2 M-K突变检验法Mann-Kendall突变检验法:在正序列曲线超过临界值置信度的前提下,若正序列(UF曲线)与逆序列(U
B曲线)在置信区间内有交叉点,则表明交叉点为突变点,且统计上显著.2 结果分析
2.1 平均风速趋势分析
2
.1.1 平均风速年代际、年际趋势分析由图1可知,和田地区平均风速年代际趋势变化明显,60年代平均风速最高,达到1.84m/s,70年代次之,为1.82m/s,90年代平均风速最低,为1.23m/s,2000-2013年间平均风速出现升高趋势,为1.71m/s.60年代平均风速比多年均值高0.21m/s,70年代平均风速比多年均值高0.19m/s;80年代、90年代平均风速较低,尤其是90年代低于多年均值0.40m/s;2000年以后平均风速略高于多年均值,区域的平均风速的变化趋势为微增长—减小—再次增大—微减小.
由图2可知,1960-2013年间和田地区全年平均风速为1.63m/s,1969年达到最大值,为2.22m/s,1992年平均风速最低,为1.09m/s,极差达到1.13m/s
,年平均风速总体上呈现下降趋势,下降速率为0.006(m·s)/a(p<0
.01),这远大于西北地区平均风速的下降速率[21
]
.5年滑动曲线显示,和田地区年平均风速1960-1973年呈现明显的上升趋势,1974-1996年呈现明显的下降趋势,1997-2005年呈现快速上升趋势,之后缓慢下降.
2
.1.2 平均风速年内趋势分析1960-2013年,和田地区春、夏、秋、冬四季平均风速均值分别为2.04,1.82,4.06,1.31m/s,即秋季最大,冬季最小.从四季变化趋势可以看出(图3),和田地区四季平均风速呈现减小趋势,春夏秋冬四季的递减速率分别为0.012,0.005,0.017,0.003(m·s)/a(p<0.01),即秋季变化幅度最大,春季次之,冬季最小.
6
4西南师范大学学报(自然科学版) http://xbbj
b.swu.edu.cn 第41卷
图1
和田地区平均风速年代际变化图2 和田地区1960-2013
年平均风速变化趋势
图3 和田地区平均风速季节变化趋势
1960-2013年和田地区各月平均风速呈现先增大后减小的趋势(表2).平均风速5月最大(2.08m/s),4月次之(2.07m/s),最小为12月(1.18m/s),其余各月均在1.23~2.06m/s之间.5月平均风速的线性变化最强,达到-0.112(m·s)/a,12月最弱,为-0.022(m·s)/a
.表2 月平均风速均值及倾向率
月份
1月2月3月4月5月6月均值/(m·s-1
)1.23 1.5 1.96 2.07 2.08 2.06倾向率/(m·s
-1)·a-1
-0.031-0.038-0.117-0.125-0.112-0.070月份
7月8月9月10月11月12月均值/(m·s-1
)1.78 1.63 1.49 1.29 1.28 1.18倾向率/(m·s
-1)·a-1
-0
.043-0.028
-0.050
-0.072
-0.050
-0.022
2.1.3 平均风速的空间差异
由表3可知,和田地区各地平均风速存在较大的空间差异.从年尺度上看,和田平均风速均值最高,
7
4第4期 刘强吉,等:近54年来新疆和田地区平均风速时空变化
于田最低,风速从高到低依次为和田、民丰、皮山、于田.季节尺度上看,四季风速分布特征与年尺度上基本一致,春、夏、秋季风速从高到低依次为和田、民丰、皮山、于田,冬季略有不同,风速从高到低依次为和田、民丰、于田、皮山.
表3 和田地区各站点年、季平均风速
(m·s
-1
)站点全年春季夏季秋季冬季和田1.94 2.33 2.2 1.74 1.51民丰1.6 2.05 1.83 1.25 1.28皮山1.5 1.93 1.65 1.24 1.18于田
1.46
1.84
1.6
1.17
1.22
由图4可以看出,近5
4年来,和田平均风速最高出现在1972年,为2.46m/s,其次为2004年,为2.35m/s,最低为1992年,为1.12m/s.60年代至80年代初,平均风速在2.15m/s之间浮动,80年代初到90年代初,平均风速呈现急速下降趋势,1992年达到最低值,1993年至2004年平均风速呈现上升趋势,之后保持在2.09m/s之间.
民丰平均风速最高值出现在1969年,为2.19m/s,其次是2002年,为2.0m/s,最小值为1.15m/s,出现在1995年.1960-1968年,平均风速相对稳定,均值为1.59m/s,70年代到90年代末,平均风速处于波动下降过程,2
000-2005年先迅速增加后再减少,之后保持在1.65m/s,趋于稳定.皮山平均风速最高值出现在1969年,为2.35m/s,其次是2004年,为2.13m/s,最低值出现在1994年,为0.90m/s;皮山变化幅度较大,60年代先小幅减小后快速增加,60年代末至1994年左右呈现波动下降趋势,9
0年代中后期至2004年呈现快速增加趋势,之后保持在1.55m/s左右.于田平均风速最高值出现在1966年和1974年,均为2.18m/s,其次是1975年,为2.06m/s,最小值出现在1994年,为0.76m/s.60年代、70年代及80年代平均风速均值较高,90年代明显处于低值区,2000年以后有所回升,保持在1.25m/s左右
.
图4 和田地区各站点平均风速年际变化趋势图
8
4西南师范大学学报(自然科学版) http://xbbj
b.swu.edu.cn 第41卷
2.2 平均风速M-K突变分析
对和田地区平均风速进行突变分析,图5中UF代表平均风速的顺序统计曲线,UB为平均风速的逆序列统计曲线,并给定显著性水平,α=0.05,即临界值为±1.96.从图5可以看出,全年平均风速UF和UB相交于1977年,即突变点为1977年;各季的突变点略有差异,春季平均风速发生在1977年、1978年;夏季平均风速的突变点发生略早一些,发生在1975年、1976年;秋季平均风速的突变点略晚一点,发生在1
979年;冬季平均风速突变较秋季再晚一点,发生在1980年,而且冬季UF与UB还相交于2011年.较全国范围平均突变年限(1
969年)为晚,说明大尺度范围内风速的空间差异
.图5 和田地区平均风速年、季突变分析
2
.3 风速变化的原因分析利用和田地区4个具有代表性的气象站(和田、民丰、皮山、于田)1970年1月1日至2014年2月28日的最大风速日值资料分析最大风速的变化特征,对最大风速分级标准为,8~10.7m/s之间的为5级,5级以上为≥10.7m/s.由表4可知,从上世纪70年代到90年代,各站点5级及以上大风日数的发生频率均呈现逐渐的减小趋势,而90年代至现今,各站点5级及以上大风日数发生的频率均呈现增加趋势(于田除外,于田2000年以后的大风日数发生的频率较90年代低),但90年代以后最大风速发生的频率远低于
9
4第4期 刘强吉,等:近54年来新疆和田地区平均风速时空变化
70年代、80年代;总体上看,从上世纪70年代至90年代以后,5级及5级以上大风日数发生的频率以减少为主,以皮山减少最为明显,从1.89%减少到0.39%,减幅为1.50%;和田次之,为0.97%,民丰最低,为0.49%.因此推断,和田地区最大风速的减小对于平均风速的影响较大.
表4 各站最大风速频率统计
%
年代和田民丰皮山于田1970年1.54 2.22 1.89 0.971980年1.03 1.75 0.91 0.851990年0.27 1.14 0.30 0.362000年以后
0.57
1.72
0.39
0.24
3 结 论
1)1960-2013年间和田地区年平均风速为1.63m/s,1969年出现最大值,为2.22m/s,1992年出现
最小值,为1.09m/s,极差为1.13m/s.和田地区平均风速以0.006(m·s)/a(p<0
.01)的下降速率呈现明显的下降趋势,此值小于秦岭南北山地(-0.010(m·s)/a)[1]、河西地区(-0.014(m·s)/a)[19]
、黄土高原地区(-0.008(m·s)/a)[17]、华北平原(-0.016(m·s)/a)[15]、西北地区(-0.009(m·s)/a)[21]
及黑龙江省(-0
.03(m·s)/a)[16]
.2)和田地区四季平均风速呈现减小趋势,秋季最大,春季次之,冬季最小,这与华北平原[15]
和黄土高原地区[17]
均不同(冬春季较大,夏秋季较小).和田地区1
960-2013年的各月平均风速呈现先增大后减小的趋势,平均风速5月最大(2.08m/s),4月次之(2
.07m/s),最小为12月(1.18m/s).3
)新疆和田地区平均风速存在较大的区域差异,从年尺度上看,和田最高,民丰次之,于田最低;春、夏、秋季与年尺度上基本保持一致,冬季略有不同,风速从高到低依次为和田、民丰、于田、皮山.
4
)和田地区年平均风速在1977年发生突变,此值早于秦岭南北山地(1981年)[1]
、河西地区(1985年)[19]以及华北平原的(1
980年)[15]
;春季平均风速在1977年/1978年发生突变,夏季略早,为1975年/1976年;秋季略晚,发生在1979年;冬季平均风速在1980年发生突变.参考文献:
[1
]蒋冲,王飞,刘焱序,等.秦岭南北风速时空变化及突变特征分析[J].地理科学,2013,33(2):244-250.[2] BEYENE T,LETTENMAIER D P,KABAT P.Hydrologic Impacts of Climate Change on the Nile River Basin:Imp
li-cations of the IPCC Scenarios[J].Climatic Chang
e,2010,100(3):433-461.[3] 李宗省,何元庆,辛惠娟,等.我国横断山区1
960-2008年气温和降水时空变化特征[J].地理学报,2010,65(5):5
63-579.[4] 普宗朝,张山清,李景林,等.近47a塔克拉玛干沙漠周边地区气候变化[J].中国沙漠,2010,30(2):413-421.[5] 孟秀敬,张士锋,张永勇.河西走廊57年来气温和降水时空变化特征[J].地理学报,2012,67(11):1482-1492.[6] 耿孝勇.
1960-2004年南京市风速变化及其成因研究[J].青海气象,2014(1):12-18.[7] 姚正毅,王 涛,陈广庭,等.近40a甘肃河西地区大风日数时空分布特征[J].中国沙漠,2006,26(1):65-70.[8] 张 智,郑广芬,林 莉,等.宁夏大风日数气候变化及其对沙尘天气的影响[
J].干旱区资源与环境,2006,20(4):30-34.
[9] 李耀辉,张存杰,高学杰.西北地区大风日数的时空分布特征[J].中国沙漠,2004,24(6):715-723.[10]俎瑞平,张克存,屈建军.塔克拉玛干沙漠风沙活动强度特征[J].地理研究,2005,24(5):699-707.
[11]TAR K,MAKRA L,HORVATH Sz,et al.Temporal Change of Some Statistical Characteristics of Wind Sp
eed Overthe Great Hungarian Plain[J].Theor App
l Climatol,2001,69(1):69-79.[12]WASEDA T,TOBA Y,TULIN M P.Adjustment of Wind Waves to Sudden Changes of Wind Sp
eed[J].Journal of O-ceanography
,2001,57(5):519-533.[13]GREENE J S,CHATELAIN M,MORRRISEY M,et al.Estimated Changes in Wind Speed and Wind Power Density
Over the Western High Plains,1971-2000[J].Theor App
l Climatol,2012,109(3):507-518.[14]PRYOR S C,BARTHELMIC R J,CLAUSEN N E,et al.Analyses of Possible Chang
e in Intense and Extreme Wind05
西南师范大学学报(自然科学版) http://xbbj
b.swu.edu.cn 第41卷
Sp
eeds Over Northern Europe Under Climate Change Scenarios[J].Clim Dyn,2012,38(1):189-208.[15]刘苏峡,邱建秀,莫兴国.华北平原1951年至2006年风速变化特征分析[J].资源科学,2009(9):1486-1492.[16]刘传顺,刘玉莲.近50a黑龙江省地面平均风速变化[J].黑龙江气象,2
010(2):26-27,29.[17]马 芹,张晓萍,万 龙,等.1957—2009年黄土高原地区风速变化趋势[J].自然资源学报,2012(12):2123-2134.[18]李 艳,耿 丹,董新宁,等.1960—2007年重庆风速的气候变化特征[J].大气科学学报,2010(3):336-340.[19]张克新,潘少明,曹立国.1960~2010年河西地区平均风速时空变化趋势分析[J].地理科学,2014(11):1404-1408.[20]安瓦尔·买买提明,张小雷,杨德刚.新疆和田地区城市化与土地利用变化的定量分析[J].中国人口.资源与环境,
2
009,19(6):137-141.[21]黄小燕,张明军,王圣杰,等.西北地区近50年日照时数和风速变化特征[J].自然资源学报,2
011,26(5):825-835.
On Spatial and Temporal Trends of Average Wind Sp
eedin Hotan Reg
ion in Recent 54YearsLIU Qiang-ji 1,2, WU Sheng-li 1,2, LUO Lan3, DOU Xiao-j
ing1,2
,XIA Li 1,2, XIA Shi-shu1,2, YU You-yi 1,2, P
AN Lei 1,2
1.College of Geographical Science and Tourism,Xinjiang
Normal University,Urumqi 830054,China;2.Xinjiang Laboratory of Lake Environment and Resources,Xinjiang Normal University,Urumqi 830054,China;3.College of Resources and Environment Science,Xinjiang
University,Urumqi 830046,ChinaAbstract:With the log date of 1960-2013monthly
average wind speed and maximum wind speed of fourweather stations in Xinjiang Hotan region,M-K mutation test has been chosen,sliding trend analysismethods to analysis the average wind speed change trend of space and time in hotan reg
ion.The resultsshow that the annual average wind speed in this region presents an obvious downward trend,the declinerate is 0.006m/s/a(p<0.
01),and the average wind speed of four seasons also shows a trend of decrease,autumn is the largest,next is spring,winter is the minimal,The average wind speed in May is the heavi-est,the second is April,December is the minimum.There is a big regional differences at the average windspeed.In scale,Hotan is the highest,Mingfeng is at the second degree,and the lowest is Yutian.The av-erage wind speed in Hotan area mutations in 1977,the mutation years in spring is 1977/1978,summer is alittle early(1975/1976),Autumn and winter are a little late,respectively in 1979and 1980.Key
words:Hotan Region;average wind speed;temporal and spatial variation;mutation analysis责任编辑 胡 杨
1
5第4期 刘强吉,等:近54年来新疆和田地区平均风速时空变化。