近59年邯鄲市日照時(shí)數(shù)變化特征分析

楊玲珠，張燕寧，劉建偉

(河北省邯鄲市氣象局，河北邯鄲 056001)

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近59年邯鄲市日照時(shí)數(shù)變化特征分析

楊玲珠，張燕寧，劉建偉

(河北省邯鄲市氣象局，河北邯鄲 056001)

根據(jù)邯鄲市氣象觀測(cè)站1955～2013年逐年、逐月的日照時(shí)數(shù)資料，采用線性傾向估計(jì)方法，分析了邯鄲市日照時(shí)數(shù)的年、季變化趨勢(shì)，并運(yùn)用Mann-Kendall非參數(shù)檢驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行了突變檢驗(yàn)。結(jié)果表明，近59年邯鄲市年日照時(shí)數(shù)總體呈減少趨勢(shì)，其氣候變化率為-103.68 h/10a；日照時(shí)數(shù)年際變化幅度較大，峰值點(diǎn)1965年與谷值點(diǎn)1996年相差可達(dá)1 096.6 h；日照時(shí)數(shù)存在明顯的季節(jié)差異，夏季變化趨勢(shì)最明顯，其次是冬季、秋季，而春季變化趨勢(shì)不顯著；近59年來(lái)5月平均日照時(shí)數(shù)最多，12月最少，各月日照時(shí)數(shù)減少最明顯的是7月，3、4月變化不顯著；年日照時(shí)數(shù)在1982年發(fā)生了明顯的突變，從氣候多日照時(shí)段轉(zhuǎn)為少日照時(shí)段，秋季突變時(shí)間點(diǎn)與年突變相同。

日照時(shí)數(shù)；變化特征；線性傾向估計(jì)方法；Mann-Kendall突變檢驗(yàn)

日照是重要的氣候因子,也是供人類開發(fā)利用的可再生能源,更是農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的條件[1]。日照時(shí)數(shù)指的是太陽(yáng)在一地實(shí)際照射地面的時(shí)數(shù)(地面觀測(cè)地點(diǎn)受到太陽(yáng)直接輻射輻照度≥120 Win的累計(jì)時(shí)間)，以小時(shí)為單位[2]。近些年來(lái)許多專家、學(xué)者對(duì)日照時(shí)數(shù)的變化進(jìn)行了研究[3-8]，如趙東等通過(guò)分析1961～2007年我國(guó)日照時(shí)數(shù)的變化指出，近47年來(lái)我國(guó)日照時(shí)數(shù)總體呈下降趨勢(shì)，且具有明顯的季節(jié)和局地差異， 夏季下降最明顯，華北平原降幅最大，大氣透明度下降和平均風(fēng)速減小是造成華北平原日照減少的主要原因[8-9]；陳碧輝等分別對(duì)當(dāng)?shù)氐娜照兆兓卣骱统梢蜃隽溯^為詳細(xì)的論述，并得出較為一致的結(jié)論，即各地日照時(shí)數(shù)均呈減少的趨勢(shì)[10-12]。在全球氣候變化大背景下，邯鄲市日照時(shí)數(shù)也發(fā)生了相應(yīng)的變化。筆者在此對(duì)邯鄲市近59年日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)進(jìn)行了分析，并采用突變理論對(duì)日照時(shí)數(shù)進(jìn)行了檢驗(yàn)分析，找出了日照時(shí)數(shù)的變化特征和規(guī)律，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境污染治理等提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源選取的是邯鄲市氣象觀測(cè)站1955～2013年逐年、逐月日照時(shí)數(shù)資料，由邯鄲市氣象信息中心提供。

1.2 研究方法

1.2.1線性傾向估計(jì)方法。對(duì)樣本數(shù)量為59的日照時(shí)數(shù)變量，構(gòu)造其對(duì)應(yīng)的時(shí)間序列，采用y=a+bx的線性傾向估計(jì)方法[13]，求出回歸系數(shù)b和相關(guān)系數(shù)r，來(lái)分析日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)?；貧w系數(shù)b通常稱為傾向值，日照時(shí)數(shù)是呈上升趨勢(shì)還是下降趨勢(shì)取決于b的符號(hào)，正代表上升，負(fù)代表下降，b值的大小反映了上升或下降的速率，即表示上升或下降的傾向程度。對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，可以判斷變化趨勢(shì)的程度是否顯著。

1.2.2Mann-Kendall方法。對(duì)日照時(shí)數(shù)的突變檢驗(yàn)采用的是Mann-Kendall方法，這是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法[13]，目前比較常用[14-16]，其優(yōu)點(diǎn)在于不僅計(jì)算簡(jiǎn)便，且可以明確突變開始時(shí)間，并指出突變區(qū)域。Mann-Kendall方法通過(guò)計(jì)算可以得出UF和UB值，若UF或UB的值大于0，則表明序列呈上升趨勢(shì)，小于0則表明呈下降趨勢(shì)。當(dāng)超過(guò)臨界值時(shí)(一般給定顯著性水平α=0.05，臨界值μ0.05=±1.96),表明上升或下降的趨勢(shì)顯著。超過(guò)臨界線的范圍確定為出現(xiàn)突變的時(shí)間區(qū)域，如果UF和UB2條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界線之間，那么交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間便是突變開始的時(shí)間。

2 結(jié)果與分析

2.1 日照時(shí)數(shù)的趨勢(shì)變化特征分析

2.1.1年代際變化。邯鄲市日照時(shí)數(shù)多年平均值為2 398.4 h。除了1964年為負(fù)距平外，20世紀(jì)50、60、70年代均為正距平，日照時(shí)數(shù)較多；從80年代中期開始，日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，多為負(fù)距平。從日照時(shí)數(shù)的年際變化振幅(年日照時(shí)數(shù)最大值和最小值之差)來(lái)看，20世紀(jì)60、90年代日照時(shí)數(shù)變化振幅較大，分別是508.7、728.3 h，而70年代、80年代、2001～2010年變化幅度略小，均在500.0 h以下。

2.1.2年際變化。自邯鄲建站以來(lái)，1965年日照時(shí)數(shù)最多，全年為2 913.0 h；1996年最少，為1 816.4 h；日照時(shí)數(shù)年際變化幅度較大，峰值點(diǎn)1965年與谷值點(diǎn)1996年的全年日照時(shí)數(shù)相差可達(dá)1 096.6 h。采用線性傾向估計(jì)法進(jìn)行分析(圖1)，發(fā)現(xiàn)1955～2013年邯鄲市日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(shì)，變化趨勢(shì)為-10.368 h/a(表1)，近59年內(nèi)大約減少了612 h。年日照時(shí)數(shù)序列的相關(guān)系數(shù)r為-0.732 8，對(duì)年日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)進(jìn)行顯著性t檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，取顯著性水平α=0.05時(shí)，t0遠(yuǎn)大于tα，說(shuō)明年日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)是顯著的。

2.1.3季變化。邯鄲市日照時(shí)數(shù)在季節(jié)上存在差異，從圖2

表1 1955～2013年邯鄲市年、季日照時(shí)數(shù)線性趨勢(shì)變化率

時(shí)段b∥h/art0全年-10．3680-0．7328-8．1313春季-0．9402-0．2152-1．6633夏季-3．5811-0．6322-6．1609秋季-2．7038-0．5738-5．2899冬季-3．1429-0．6487-6．4354

可以看出，1955～2013年邯鄲市各季節(jié)日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)與年日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)相同，均呈減少趨勢(shì)，但各季節(jié)變化情況不盡相同，春季、夏季、秋季、冬季氣候傾向率分別為-9.402、-35.811、-27.038、-31.429 h/10a，夏季日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)最明顯，冬季、秋季次之，春季變化趨勢(shì)則不太明顯。對(duì)邯鄲市各季節(jié)日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)(表1)，發(fā)現(xiàn)夏、秋、冬三季變化趨勢(shì)均通過(guò)了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明日照時(shí)數(shù)的減少趨勢(shì)非常明顯，只有春季日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)沒有通過(guò)α=0.01甚至是α=0.05的檢驗(yàn)，說(shuō)明春季的減少趨勢(shì)在統(tǒng)計(jì)上是不顯著的。從變化振幅來(lái)看，變化最大的是夏季，日照時(shí)數(shù)最多年和最少年相差415.1 h，秋季次之，春季變化振幅最小，最多年和最少年相差335.3 h。

2.1.4月變化。從近59年邯鄲市月平均日照時(shí)數(shù)來(lái)看(圖3)，1、2月日照時(shí)數(shù)比較少，3、4月迅速增加，至5月到達(dá)峰值(262.9 h)。5月份多晴朗天氣，云量較少，因此日照偏多。之后進(jìn)入夏季，陰雨天氣增多，日照時(shí)數(shù)開始逐步減少，至12月降至谷值(154.5 h)。從邯鄲市各月日照時(shí)數(shù)的線性趨勢(shì)變化率及顯著性檢驗(yàn)情況(表2)可以看出，邯鄲市4月日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)不明顯，傾向值b為正值，其余各月傾向值均為負(fù)值，呈減少趨勢(shì)，近59年月日照時(shí)數(shù)減少最多的是7月，其次是6月，減少最少的是3月；顯著性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)1、2、5、6、7、8、9、10、12月變化趨勢(shì)通過(guò)顯著性水平α=0.01的檢驗(yàn)，11月變化趨勢(shì)通過(guò)了顯著性水平α=0.05的檢驗(yàn)，3、4月沒有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。

表2 1955～2013年邯鄲市各月日照時(shí)數(shù)線性趨勢(shì)變化率

注：*、**分別表示通過(guò)顯著水平α=0.05、α=0.01的檢驗(yàn)。

2.2 日照時(shí)數(shù)的突變分析

2.2.1年突變。利用Mann-Kendall法對(duì)1955～2013年邯鄲市年日照時(shí)數(shù)序列進(jìn)行突變分析，由UF曲線(圖4)可知，自20世紀(jì)80年代以來(lái)，邯鄲市日照時(shí)數(shù)有一明顯的減少趨勢(shì)，90年代以后這種減少趨勢(shì)均大大超過(guò)顯著性水平0.05的臨界線(μ0.05=±1.96)，甚至超過(guò)了0.001顯著性水平(μ0.001=±2.56)，表明邯鄲日照時(shí)數(shù)下降趨勢(shì)是十分顯著的。UF和UB2條曲線在1982年出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在μ0.05

=±1.96臨界線之間，因此可以確定邯鄲市日照時(shí)數(shù)20世紀(jì)80年代減少是一突變現(xiàn)象，1982年則是突變的時(shí)間點(diǎn)，這與焦建麗等對(duì)河南省日照時(shí)數(shù)突變點(diǎn)的研究結(jié)果[17]基本一致。1982年以前日照時(shí)數(shù)在平均值以上的范圍內(nèi)下降，而1982年以后是在平均值以下的范圍內(nèi)繼續(xù)下降。

2.2.2季節(jié)突變。利用Mann-Kendall法對(duì)近59年邯鄲市的各季日照時(shí)數(shù)序列進(jìn)行突變分析，從圖5可看出，春夏秋冬四季的情況不盡相同，春季UF和UB曲線大部分時(shí)段在顯著性水平μ0.05=±1.96臨界線之間，表明日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)不顯著，夏季在1989年、秋季在1982年、冬季在1979年存在突變現(xiàn)象。

3 結(jié)論

(1)自建站以來(lái)，邯鄲市日照時(shí)數(shù)年際變化幅度較大，峰值出現(xiàn)在1965年，谷值出現(xiàn)在1996年，峰值與谷值相差可達(dá)1 096.6 h。

(2)近59年邯鄲市年日照時(shí)數(shù)總體呈減少趨勢(shì)，其氣候變化率為-103.68 h/10a。

(3)近59年邯鄲市日照時(shí)數(shù)存在明顯的季節(jié)差異，夏季變化趨勢(shì)最明顯，其次是冬季、秋季，而春季變化趨勢(shì)不顯著，春季、夏季、秋季、冬季氣候變化率分別為-9.402、-35.811、-27.038、-31.429 h/10a。

(4)近59年邯鄲市5月平均日照時(shí)數(shù)最多，12月最少；各月日照時(shí)數(shù)減少最明顯的是7月，其次是6月， 3和4月變化不顯著。

(5)近59年邯鄲市年日照時(shí)數(shù)在1982年發(fā)生了明顯的突變，從氣候多日照時(shí)段轉(zhuǎn)為少日照時(shí)段；秋季突變時(shí)間點(diǎn)與年突變相同，而春季突變不顯著。

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The Variation Characteristics of Sunshine Duration in Handan in Recent 59 Years

YANG Ling-zhu, ZHANG Yan-ning, LIU Jian-wei

(Handan Meteorological Office, Handan, Hebei 056001)

Based on the annual and monthly sunshine duration data of the meteorological stationin Handan during 1955-2013, using linear trend estimation method and Mann-Kendall mutation test method, the change trend of sunshine durationin Handan City were analyzed. The results showed that: In resent 59 years, the sunshine duration in Handan City decreased with a tendency of 103.68 h/10a; The interannual variation amplitude is obvious, and the difference in sunshine duration between 1965 and 1996 reaches up 1 096.6 h. There is obvious seasonal difference in sunshine duration. The most obvious change of season is summer, the second iswinter and autumn, the change trend in spring is not significant. In resent 59 years, the sunshine duration in May is the most, the sunshine duration in December is the least. The most obvious change of month is July, but the change trend in March and April is not significant.The annual sunshine duration in 1982 occurred abrupt change form long to short. The annual abrupt change time and the abrupt change time of autumn are the same.

Sunshine duration;Variation characteristics; Linear trend estimation method;Mann-Kendall mutation test

邯鄲市科技局項(xiàng)目(1222101036G)。

楊玲珠(1977-)，女，河北辛集人，高級(jí)工程師，從事專業(yè)氣象服務(wù)工作。

2015-03-12

S 161.1

A

0517-6611(2015)11-203-04