格尔木太阳辐射与气温的多变化.doc

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1、格尔木太阳辐射与气温的多年变化季国良吕兰芝( 中国科学院兰州高原大气物理研究所, 甘肃省兰州市 730000)摘 要 利用格尔木 1956 1994 年的气温和太阳总辐射资料, 分析了该地区太阳总辐射和气温的多年变化特征及其相关关系。结果表明: 30 多年中该地区太阳总辐射没有明显的 减少趋势; 年平均气温 60 年代为低值, 70 年代迅速上升, 比东部平原地区提前, 且呈现“冬暧夏凉”的变化趋势; 70 年代至 90 年代年平均气温与太阳总辐射呈现滞后一年的正相关; 夏季 气温与同期太阳总辐射有很好的正相关, 但冬季的气温变化则与太阳总辐射呈负相关。关键词 能量收支 太阳辐射 气温变化中图

2、法分类号P 467随着人类活动的增多和工农业生产的发展, 大气中的 CO 2 日益增多, 从而使得全球气温出现了明显的上升趋势, 特别是北半球, 从 70 年代开始气温明显上升, 而且高纬度比低 纬度更显著, 冬季比夏季更显著1。 因此, 研究最近一个世纪或近几十年来的气候变化及其原因已成为近代气候学中的重要课题。青藏高原作为一个独立的气候单元, 它不仅是我国天气变化的“启动区”2, 也是我国 气候变化的“启动区”, 因此, 研究青藏高原地区的气候变化对于研究我国乃至北半球的气 候变化有着极为重要的意义。李存强等3通过对近 30 年青藏高原及其周围地区气温变化 的分析, 发现 30 年气温波动

3、的最高点和最低点都是在高原东部最早出现, 并跳跃式地向东向北传播; 符淙斌等4在对 70 年代全球温度进行分析后指出, 青藏高原是较早出现气 候异常的地区之一; 汤懋苍等5通过对近百年来青藏高原及其邻近地区的气候变化进行 分析后指出: 青藏高原是百年尺度变化的“启动区”, 近 40 年来青藏高原的气候变化不仅 早于中国其它地区和东亚地区, 而且比北半球其它地区也都发生得早。林振耀等6通过对 有关历史资料的分析, 研究了本世纪以来拉萨的气候概况; 林振耀等7指出: 青藏高原 40年代为高温期, 60 年代降温明显, 70 年代又开始升温直至 80 年代, 而 80 年代的增温具有 全球性, 但在

4、出现时间和位相上有差异。本文利用青藏高原北侧格尔木气象台 1956 1993 年的气温和 1958 1994 年太阳辐 射资料, 从研究该地区太阳辐射变化入手, 试图分析太阳辐射和气温的多年变化特征, 并收稿日期: 1996- 06- 12; 改回日期: 1996- 09- 11本文为国家攀登计划“青藏高原形成演化、环境变迁与生态系统研究”的成果第一作者简介: 季国良, 男, 1942 年 1 月出生, 研究员, 主要从事于辐射气候学与高原气候的研究1格尔木太阳总辐射的多年变化图 1 给出了格尔木太阳总辐射年平均日总量的变化。由图可见, 格尔木的太阳总辐射在最近 30 多年没有明显减小的趋势,

5、 这与徐群8的分析有所不同, 徐群讨论的是全国 9 个站冬季晴天的情况, 本文则是就格尔木的全年和 1, 7 月的平均情况而言, 由于讨论的条 件不同, 故结果也有差异。 为了进一步说明这个问题, 本文大致按年代对格尔木冬季 ( 1 月)、夏季 (7 月) 和年平均太阳总辐射的日总量进行分析 (见表 1)。图 1 格尔木太阳总辐射年平均日总量的变化T h e va r ia t io n cu rve fo r annua l m ean da ily to ta l o f g lo ba l rad ia t io n a t Go lm ud.F ig.1表 1 格尔木冬季 ( 1 月)

6、、夏季 ( 7 月) 和年平均的太阳总辐射日总量 (M J /m 2 d)T ab le 1 T h e annua l and m o n th ly (J anua ry and J u ly) m ean da ily to ta l o f g lo ba l rad ia t io n a t Go lm ud.时 段1958 19601961 19691970 19801981 19901991 1994冬季 (1 月)夏季 (7 月)年 平 均11. 8124. 7919. 1711. 7524. 3218. 8810. 7624. 7619. 3211. 7424. 2018.

7、 9411. 9322. 5819. 32注: 1970 年格尔木气象台观测场位置迁移由表 1 可见: (1) 在年代际变化过程中, 不同季节太阳总辐射的变化趋势不同。冬季,70 年代太阳总辐射比 60 年代略有减少, 80 年代又回升到 60 年代的水平; 夏季, 70 年代 太阳总辐射略有增加, 但 80 年代又有些下降, 总的变化趋势是在 60 年代的水平上有些波 动。 ( 2) 就年平均太阳总辐射日总量的变化看, 70 年代比 60 年代略有上升, 上升幅度为0. 44 M J /m 2 d, 而到 80 年代则又恢复到 60 年代的水平。 可见格尔木最近 30 多年来的年平均太阳总辐

8、射只是出现一些波动, 并没有逐年减小的趋势。2格尔木气温多年变化特征根据格尔木气象台 1956 1993 年的气温资料, 按年代分段统计分析了不同时段的年平均气温、冬季 (1 月) 和夏季 (7 月) 的平均气温 (见表 2)。表 2格尔木不同时段的年平均及冬季 ( 1 月)、夏季 ( 7 月) 的平均气温 ()T ab le 2 T h e annua l and m o n th ly (J anua ry and J u ly) m ean a ir tem p e ra tu re a t Go lm ud in va r io u s p e r io d.时 段1956 19601

9、961 19691970 19801981 19901991 1993 年冬季 (1 月)夏季 (7 月)年 平 均- 12. 30- 11. 74- 9. 55- 8. 95- 9. 6318. 1017. 2317. 6117. 9317. 303. 723. 535. 485. 145. 20首先, 对年平均气温序列进行分析: ( 1) 对于格尔木来说, 60 年代气温比 50 年代有所下降, 70 年代显著上升, 去掉 1970 年因站址迁移所引起的气温差 ( 0. 60 )9, 70 年代与50 年代相比气温上升幅度仍可达 1. 16 。 这除了与格尔木城市发展、人口增多、人类活 动

10、频繁有关外, 与整个高原地区的气温上升也是密切相关的。 ( 2) 80 年代气温仍趋上升,80 年代比 50 年代上升了 0. 82 , 90 年代的前 3 年比 50 年代上升了 0. 88 。由此可见,格尔木年平均气温的多年变化趋 势是: 60 年代气温比 50 年代有所下降, 是 30 多年来气 温最低的时段; 70 年代以后格尔木的气温迅速上升, 其变化趋势与北半球及我国的气温 变化基本一致10, 不过, 格尔木气温 70 年代初即开始迅速上升, 比我国东部广大地区的 升温时间提前。从表 2 中还可看出, 冬季 (1 月) 和夏季 (7 月) 气温变化明显不同。对于冬季 (1 月) ,

11、 从50 年代开始气温总的趋势在不断上升, 若站址迁移造成的温度差均按 0. 60 9计算, 60 年代比 50 年代上升了 0. 56 , 70 年代比 50 年代上升了近 2. 15 , 80 年代比 50 年代上 升了 2. 75 , 90 年代前 3 年较 50 年代上升了 2. 07 。 可见, 格尔木冬季气温最低值是 在 50 年代, 以后逐年上升, 尤以 80 年代的升温幅度为最大。 夏季 ( 7 月) 则与冬季完全不 同, 夏季的气温是以 50 年代为最高, 60 年代比 50 年代下降了 0. 87 , 70 年代和 80 年代 与 50 年代大致相近, 90 年代气温较 5

12、0 年代下降了 0. 20 。 因此, 就不同季节气温变化 的情况看, 格尔木 30 多年来气温变化存在明显的冬暖夏凉趋势。这与全国大部分地区11 及兰州12的气温变化趋势基本一致。太阳总辐射多年变化与气温多年变化的关系3为了研究格尔木地区气温多年变化的原因, 从能量收支角度出发, 我们分析讨论了该地区太阳总辐射与气温变化之间的关系。图 2 给出了格尔木太阳总辐射的年平均日总量与年平均气温 5 年滑动的距平曲线。图 3 格尔木 7 月太阳总辐射和气温的变化F ig. 3 T h e va r ia t io n cu rve s o f g lo ba l rad ia t io n and

13、a ir tem p e ra tu re in J u ly a t Go lm ud.考虑到站址迁移, 气温分两段求距平, 1970 年前 T= 3. 6, 1970 年以后 T= 5. 0。 由两 条曲线的变化趋势可以发现, 60 年代格尔木的太阳总辐射与年平均气温之间的关系较差。这可能是: 一方面此时正值北半球及我国的低温阶段, 格尔木的气温在 60 年代也处于降温段; 另一方面, 格尔木市刚开始发展, 由于人类活动的增多而引起大气中 CO 2 增加, 从 而造成格尔木的气温迅速上升, 而太阳总辐射该时段内变化较缓慢。 1970 1993 年时段 内, 年平均气温 5 年滑动距平与太阳

14、总辐射年平均日总量的 5 年滑动平均存在滞后一年的相关, 两者的相关系数为 0. 434, 达到 0. 05 的置信度。交叉谱分析得到两者的滞后时间为 1. 3 年, 亦即气温随太阳总辐射的变化滞后 1. 3 年发生。 可见从 70 年代到 90 年代, 太 阳总辐射的变化可能是该地区气温变化的主要原因之一。图 3 给出了格尔木夏季 (7 月) 太阳总辐射和气温的多年变化曲线。图中表明, 格尔木 夏季的气温变化与同期的太阳总辐射变化有非常好的相关, 两者的相关系数为 0. 592, 可达到 0. 001 的置信度, 而 5 年滑动平均的相关系数为 0. 457, 能通过 0. 02 的信度检验

15、。可 见, 对于夏季来说, 格尔木地区的气温变化主要是由太阳辐射变化引起的。图 4 为冬季 (1 月) 格尔木气温与太阳总辐射的 5 年滑动平均曲线。由图可看到, 两者 似有反向变化趋势, 两者的相关系数为- 0. 346, 达到 0. 10 的置信度。 这说明格尔木冬季 气温变化与太阳总辐射的变化是显著的负相关, 即冬季格尔木气温的变化与太阳总辐射的变化反向。那么什么是冬季格尔木气温变化的主要原因呢? 林振耀等7指出, 近 20 30 年来, 通过卫星资料分析等发现, 孟加拉湾水汽在进入雅鲁藏布江大拐弯后沿藏东呈气旋 性弯曲经藏北向新疆塔里木盆地的东缘若羌输送。 若据此分析, 孟加拉湾风暴以

16、秋、冬季 盛行, 在孟加拉湾风暴多的年份13, 可能会造成格尔木地区天空云量较多, 由于温室效应 使冬季气温相对偏高, 而此时太阳总辐射则因天空有云而较小; 在孟加拉湾风暴少的年份格尔木晴好天气较多, 太阳总辐射较强, 气温则相对较低。图 4 格尔木 1 月太阳总辐射和气温的 5 年滑动平均曲线5- yea r m o v ing ave rage s o f g lo ba l rad ia t io n and a ir tem p e ra tu re in J anua ry a t Go lm ud.F ig. 4小结4(1)( 2)格尔木地区的太阳总辐射在 30 多年中没有明显的减

17、少趋势。格尔木地区的年平均温度 60 年代为低温时段, 70 年代开始迅速上升, 比我国东部平原地区提前。 夏季气温在 50 年代最高, 以后有逐渐下降的趋势; 冬季气温则相反,50 年代气温最低, 60 年代开始逐渐上升, 呈现冬暖夏凉的趋势。年显著的正相关, 夏季气温的多年变化与同期太阳总辐射的多年变化呈现极高的正相关,这表明太阳辐射变化是造成气温变化的主要原因。冬季气温变化与太阳总辐射呈负相关,冬季气温变化可能与孟加拉湾风暴增多、水汽的向北输送等影响因素有关。参考文献1H o ugh to n J T , e t a l. C lim a te C h ange. T h e IPCC

18、Sc ien t if ic A sse ssm en t, WM O /U N E P IPCC N o 22, 1990.238叶笃正, 高由禧等. 青藏高原气象学. 北京: 科学出版社, 1979李存强, 汤懋苍. 近 30 年来青藏高原及其周围地区的气温变化. 高原气象, 1986, 5 ( 4) : 332 341符淙斌, 彭小侠, 董洪年等. 七十年代全球地面气温的初步研究 ( 二). 大气科学, 1982, 6 ( 4) : 405 4121952345汤懋苍, 李存强. 关于“青藏高原是气候变化启动区”的分析事实. 见: 中国青藏 高原研究会编. 中国青藏高原研究会第一届学术讨

19、论会论文选. 北京: 科学出版社, 1992. 42 48林振耀, 吴祥定. 本世纪初拉萨的气候概况. 高原气象, 1984, 3 ( 4) : 14 20林振耀, 汪志革. 全球变暧与青藏高原气候变化. 见: 青藏项目专家委员会编. “青藏高原形成演化、环境变迁与 生态系统研究”学术论文年刊 ( 1994). 北京: 科学出版社, 1995. 322 327678910111213徐 群. 近 29 年冬季我国太阳辐射的显著变化.中国科学 (B 辑) , 1990, ( 10) : 1112 1120汤懋苍, 许曼春. 祁连山区的气候变化. 高原气象, 1984, 3 ( 4) : 21 2

20、3王绍武. 近百年我国及全球气温变化趋势. 气象, 1990, 16 ( 2) : 11 15李克让, 林贤超, 王维强. 近四十年来我国气温的长期变化趋势. 地理研究, 1990, 9 ( 4) : 26 37李栋梁, 彭素琴. 兰州温度变化的气候特征. 高原气象, 1993, 12 ( 1) : 18 26王友恒, 王素贤. 北印度洋热带风暴及其与西藏降水的关系. 气象, 1989, ( 11) : 38 42SECUL A R VA R IA T IO N CHA RACTER IST ICSO F SOL A R RAD IA T IO N A ND A IR TEM PERA TUR

21、E A T GOLM UDL uL an zh iJ i Guo lian g(L anz h ou I nstitu te of P la teau A tm osp h er ic P hy sics, C h inese A cad em y of S ciences, L anz h ou , G ansu 730000)A bstra c tT h e secu la r va r ia t io n ch a rac te r ist ic s an d th e re la t io n sh ip b e tw een g lo b a lrad ia t io n an d

22、a ir tem p e ra tu re a re an a ly sed b y u sin g th e da ta o f a ir tem p e ra tu re an d g lo b2 a l rad ia t io n f rom 1956 to 1994 a t Go lm u d. T h e re su lt s show th a t dec rea sin g ten den cy o f th e g lo b a l rad ia t io n is no n - o b v io u s in 37 yea r s. T h e an n u a l m ea

23、n a ir tem p e ra tu re is low in th e 1960 s, it rap id ly in c rea se s in th e 1970 s an d ea r ly app ea r s abo u t 10 yea r s th an th a t in ea ste rn p la in. T h e re is a ten den cy o f w a rm in g in w in te r an d coo lin g in sum 2 m e r. T h e re la t io n sh ip b e tw een an n u a l m

24、 ean a ir tem p e ra tu re an d g lo b a l rad ia t io n is po si2 t ive co r re la t io n o f de lay o n e yea r f rom th e 1970 s to 1990 s. T h e re la t io n sh ip b e tw een th e a ir tem p e ra tu re an d g lo b a l rad ia t io n fo r th e sam e p e r io d is po sit ive co r re la t io n in summ e r an d is n ega t ive co r re la t io n in w in te r.Key word sE n e rgy b u dge tSo la r rad ia t io n A ir tem p e ra tu re va r ia t io n