1961—2016年夏津縣日照時數(shù)變化特征

王華鵬

摘要 利用夏津縣氣象局1961—2016年日照氣象資料，采用線性趨勢、累計距平法和譜分析方法對年日照時數(shù)與四季日照時數(shù)變化特征進行計算分析。結(jié)果表明，夏津縣日照時數(shù)呈顯著減少趨勢，平均每10年減少77.4 h，且通過了0.001的顯著性檢驗。春、夏、秋、冬四季的日照時數(shù)均呈下降趨勢，平均每10年分別減少6.3、24.3、23.0、21.8 h，夏季、秋季與冬季下降趨勢極顯著，通過了0.001的顯著性檢驗；春季下降趨勢不顯著，未通過0.05的顯著性檢驗。1995—1997年是年日照時數(shù)和四季日照時數(shù)由正距平到負距平的轉(zhuǎn)折年份；年日照時數(shù)和夏季日照時數(shù)存在11年的周期，通過了95%的信度檢驗。

關(guān)鍵詞 日照時數(shù)；變化特征；線性趨勢；累積距平；譜分析；山東夏津；1961—2016年

中圖分類號 P422.1+1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）21-0210-02

Abstract Based on the sunshine duration data of Xiajin Meteorological Bureau from 1961 to 2016，the change characteristics of annual and seasonal sunshine duration were calculated and analyzed，by using linear trend analysis，accumulative anomaly method and spectrum analysis. The results indicated that the annual sunshine duration change showed a significant decreasing tendency with a decadal decreasing rate of 77.4 h，which passed the significance test of 0.001. The sunshine duration changes of spring，summer，autumn and winter all showed decreasing tendencies，the decadal decreasing rates were 6.3 h，24.3 h，23.0 h and 21.8 h，respectively. The decreasing tendencies of summer，autumn and winter were extremely significant，which passed the significance test of 0.001. The decreasing tendency of spring was not significant，which didn′t pass the significance test of 0.05. The annual and seasonal sunshine duration changed from positive anomaly to negative anomaly during 1995 to 1997. There was an 11-year period for both annual and summer sunshine duration，which passed the confidence level of 95%.

Key words sunshine duration；change characteristics；linear trend；accumulative anomaly；spectrum analysis；Xiajin Shandong；1961-2016

日照時數(shù)是地面氣象觀測的重要氣象要素之一，也是太陽輻射在地表的直觀表現(xiàn)，與經(jīng)緯度、云量、地形等密切相關(guān)，其長短對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城市布局、資源利用等都有直接的影響。近年來，隨著全球氣候變化和人口的快速增長，人類社會活動對于日照時數(shù)的干預也越來越大，人為排放污染導致大氣中氣溶膠濃度增加，霾和霧日數(shù)呈增加趨勢。德州市地處魯西北地區(qū)，緊鄰京津冀重污染區(qū)，日照時數(shù)下降趨勢非常明顯，近52年（1954—2005年）的日照時數(shù)變化速率為-105.0 h/10年[1]，遠超過全國近59年（1951—2009年） -36.9 h/10年[2]的變化速率。夏津縣位于魯西北的邊緣，全縣耕地面積為59 291.6 hm2，占總面積的68%[3]，主要糧食作物為小麥、玉米，主要經(jīng)濟作物為棉花，素有“棉都”和“銀夏津”之稱。作為一個農(nóng)業(yè)大縣，夏津縣日照時數(shù)的變化必然對經(jīng)濟發(fā)展有極大的影響，因而研究夏津縣日照時數(shù)的年際變化特征具有很大的現(xiàn)實意義。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文所用日照時數(shù)是來自夏津縣氣象局1961—2016年56年的日照氣象記錄資料，利用多年逐月日照時數(shù)的平均值進行空間變化分析。季節(jié)依照常規(guī)劃分為春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月至次年2月）。

1.2 分析方法

1.2.1 氣候傾向率。采用線性趨勢來分析日照的氣候傾向率。用yi表示日照時數(shù)的氣候變量，用ti來表示其對應的時間，通常用斜率a的10倍來表示氣候傾向率[4]，則日照時數(shù)隨時間的變化趨勢可以用一次線性方程表示：

式中，Ln表示第n年的累積距平，Sn為第n年的日照時數(shù)，S為日照時數(shù)的多年算術(shù)平均值。根據(jù)距平有正負的特點，當累積距平為增加趨勢時，說明該時間段中日照時數(shù)持續(xù)高于平均值；當累積距平變化平緩時，表明該時間段內(nèi)距平保持平均；當累積距平為減少趨勢時，表示該時間段內(nèi)日照時數(shù)距平值持續(xù)為負。根據(jù)此方法可以準確而直觀地顯示出日照時數(shù)的變化階段[5]。endprint

1.2.3 年際變化周期性。采用譜分析方法對日照時數(shù)的方差進行頻率分析，研究其年際變化的周期性。

2 結(jié)果與分析

2.1 年日照時數(shù)變化趨勢

由圖1可知，1961—2016年夏津縣年平均日照時數(shù)為2 464.6 h，總體呈現(xiàn)出波浪式下降趨勢，下降傾向率為74.4 h/10年（通過α=0.001的顯著性檢驗）。最高值出現(xiàn)在1965年，為2 808.9 h；最低值出現(xiàn)在2006年，為1 799.3 h；兩者相差1 009.6 h，為研究期多年平均值的41.0%。1965—1976年年日照時數(shù)呈下降趨勢，但均高于多年平均值；1976—1982年呈現(xiàn)上升趨勢；1982年出現(xiàn)第二高峰值2 775.6 h；1983—1995年經(jīng)歷了一段平緩變化期后；從1996年開始，總體趨勢是在波動中快速下降，并且大多數(shù)年份日照時數(shù)在平均值以下。

2.2 四季日照時數(shù)變化趨勢

通過計算可以發(fā)現(xiàn)，1961—2016年夏津縣四季的平均日照時數(shù)呈下降趨勢，尤其以夏季下降的最為明顯，平均以24.3 h/10年的速度遞減，對年日照時數(shù)變化貢獻最大；其次為秋季和冬季，其遞減的速度分別為23.0、21.8 h/10年。這3個季節(jié)均通過了α=0.001的顯著性檢驗，說明減少趨勢極顯著；春季的遞減速度最不明顯，為6.3 h/10年，且未通過α=0.05的顯著性檢驗，說明春季的日照時數(shù)減少趨勢不顯著。

由圖2可以看出，1964—1971年夏津縣春季日照時數(shù)累積距平均為負值，變化平緩說明日照時數(shù)在多年平均值附近波動；1972—1984年累積距平值呈上升趨勢，為日照偏多期；1985—1999年呈下降趨勢，這一時期日照時數(shù)基本低于平均值；2006年之后變化較為平緩，與多年平均值基本持平。夏季與秋季變化特征相似，1961—1993年日照時數(shù)以正距平為多；1994年之后呈下降趨勢，日照時數(shù)多低于平均值。相比夏季和秋季，冬季低于平均值的時間節(jié)點出現(xiàn)更早，從1984年開始多為負距平，并且在1996年之后下降趨勢尤為明顯。

在四季的日照時數(shù)變化中，春季不同于其他季節(jié)的是：近10年左右變化較為平緩，略有回升趨勢，而其他季節(jié)持續(xù)為負距平，下降明顯。四季變化的共同點是都有較為明顯的由正距平轉(zhuǎn)為負距平的年份，這個轉(zhuǎn)折時間主要集中在1995—1997年之間，這與年日照時數(shù)出現(xiàn)明顯下降趨勢并低于多年平均值開始的時間基本一致。

2.3 年、季日照時數(shù)譜分析

圖3、4是對56年四季和年日照時數(shù)去線性趨勢后進行譜分析的結(jié)果?？梢钥闯?，研究期的年日照時數(shù)存在一個波峰，對應的時間尺度為11年，通過了95%的信度檢驗，夏季日照時數(shù)存在與年日照時數(shù)相同時間尺度的波峰，并且通過了95%的信度檢驗；春季、秋季和冬季無顯著的變化周期，說明年日照時數(shù)11年左右的周期振蕩最強，并且周期性主要是由夏季日照時數(shù)的變化引起的。日照時數(shù)11年的周期恰好與太陽黑子的11年周期相同。李慧芳[6]通過對全國不同區(qū)域年、季日照時數(shù)與太陽黑子在11年周期分量上的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)近58年（1957—2014年）華北地區(qū)年日照時數(shù)與太陽黑子數(shù)表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)關(guān)系。

3 結(jié)論與討論

（1）夏津縣年日照時數(shù)總體呈現(xiàn)下降趨勢，下降傾向率為74.4 h/10年，從1996年左右開始，下降迅速并且低于多年平均值。夏季、秋季與冬季以極顯著的趨勢下降，其中夏季下降的最為明顯，平均以24.3 h/10年的速度遞減。四季的日照時數(shù)在1995—1997年之間開始由正距平轉(zhuǎn)為負距平，與年日照時數(shù)的變化時間節(jié)點基本一致。

（2）年日照時數(shù)和四季日照時數(shù)的譜分析結(jié)果顯示，夏津縣年日照時數(shù)和夏季日照時數(shù)存在11年的變化周期，說明年日照時數(shù)的周期變化主要是由夏季日照時數(shù)引起的。日照時數(shù)11年的周期恰好與太陽黑子數(shù)量的周期相同，兩者可能存在一定的相關(guān)性，但是由于缺少太陽周期的具體數(shù)據(jù)，無法對兩者的相關(guān)性進行檢驗。

（3）夏津縣日照時數(shù)總體上呈下降趨勢，對夏津這一農(nóng)業(yè)大縣是不利的，可能導致農(nóng)作物生長量不足。因此，夏津縣可以考慮加強大棚農(nóng)業(yè)建設(shè)，做好農(nóng)作物的合理布局，以應對日照時數(shù)下降對農(nóng)業(yè)的不利影響。

4 參考文獻

[1] 石慧蘭，王新堂，邵志勇，等.魯西北52年日照變化特征及原因[J].氣象，2007，33（2）：93-97.

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

[3] 夏津縣地方史志辦公室.夏津年鑒2016[M].北京：中國文史出版社，2016.

[4] 王忠云，魏榮源，寧波.山東省近45年日照時空變化特征分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2011，39（34）：21316-21317.

[5] 穆興民，李靖.黃河天然徑流量年際變化過程分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2003，17（2）：1-5.

[6] 李慧芳.太陽黑子活動與我國不同區(qū)域氣候變化相關(guān)關(guān)系研究[D].西安：陜西師范大學，2016.endprint