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

摘要 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。

關(guān)鍵詞 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)

中圖分類號(hào) S161.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2015）11-203-04

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)作物生長發(fā)育不可缺少的條件[1]。日照時(shí)數(shù)指的是太陽在一地實(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]，如趙東等通過分析1961～2007年我國日照時(shí)數(shù)的變化指出，近47年來我國日照時(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，來分析日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)。回歸系數(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。

1.2.2 Mann-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UB 2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，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)均通過了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，說明日照時(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α=0.01甚至是α=0.05的檢驗(yàn)，說明春季的減少趨勢(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)通過顯著性水平α=0.01的檢驗(yàn)，11月變化趨勢(shì)通過了顯著性水平α=0.05的檢驗(yàn)，3、4月沒有通過顯著性檢驗(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，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)均大大超過顯著性水平0.05的臨界線（μ0.05=±1.96），甚至超過了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UB 2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，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。

參考文獻(xiàn)

[1]孫睿，梁璐，楊玲.基于氣象站資料的中國地區(qū)太陽日輻射量算法研究[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2007， 30（1）：24-27.

[2] 《大氣科學(xué)辭典》編委會(huì).大氣科學(xué)辭典[M].北京：氣象出版社，1994：527.

[3] 鄭小波，羅宇翔，周成霞，等.近45 年來貴州省日照時(shí)數(shù)的變化特征[J].氣象研究與應(yīng)用，2007，28（S2）：2-4.

[4] 范曉輝，郝智文，王孟本.山西省近50 年日照時(shí)數(shù)時(shí)空變化特征研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，19（3）：605-609.

[5] 吳昊旻，廖良清.浙江省日照時(shí)數(shù)時(shí)空分布特征[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（32）：294-298.

[6] 虞海燕，劉樹華，趙娜，等.我國近59年日照時(shí)數(shù)變化特征及其與溫度、風(fēng)速、降水的關(guān)系[J].氣候與環(huán)境研究，2011，16（3）：389-398.

[7] 李慧群，付遵濤.基于EEMD的中國地區(qū)1956-2005年日照變化的趨勢(shì)分析[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012，48（3）：393-398.

[8] 趙東，羅勇，高歌，等.1961 年至 2007 年中國日照的演變及其關(guān)鍵氣候特征[J].資源科學(xué)， 2010，32（4）：701-711.

[9] 陳紅梅，張立波，婁偉平，等.近 50a華北平原日照時(shí)數(shù)的時(shí)空特征及其影響因素[J].氣象科學(xué)，2012，32（5）：573-579.

[10] 陳碧輝，張平，郝克俊，等.近50年成都市日照時(shí)數(shù)變化規(guī)律[J].氣象科技， 2008，36（6）：760-763.

[11] 黃向榮，葛紅衛(wèi).合肥市近55年日照時(shí)數(shù)氣候變化特征分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（ 20）：8723-8725.

[12] 靳利梅.近50年上海地區(qū)日照時(shí)數(shù)的變化特征及影響因素[J].氣象科技，2012，40（2）：293-298.

[13] 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M].2版.北京：氣象出版社，2007：37-40，63-66.

[14] 鄭小波，羅宇翔，段長春，等.云貴高原近45年來日照及能見度變化及其成因初步分析[J].高原氣象，2010，29（4）：992-998.

[15] 呂少寧，李棟梁，劉蓉，等.全球變暖背景下青藏高原氣溫周期變化與突變分析[J].高原氣象，2010，29（6）：1378-1385.

[16] 葉瑜，蘇永秀，李政.近50年廣西日照時(shí)數(shù)時(shí)空變化特征分析[J].中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29（14）：196-201.

[17] 焦建麗，康雯瑛，王軍，等.河南省日照時(shí)數(shù)時(shí)空變化分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，2008，31（S1）：4-6.