黔東南州近40 a日照時數(shù)變化特征分析

姚曉蘭，吳就勇，羅 俊

(貴州省三穗縣氣象局，貴州 三穗 556500)

1 引言

太陽輻射是地球上一切能量的主要來源，它的變化對大氣熱力狀況、生物生長以及人類活動等都有著顯著的影響。到達地面的太陽輻射與太陽常數(shù)、云量、大氣中的水汽含量以及大氣氣溶膠含量等有密切關系。太陽輻射變化的最直接反映是日照時數(shù)的變化。

近年來，環(huán)境與氣候的變化日益受到人們的關注。日照時數(shù)是影響氣候變化、地球生態(tài)系統(tǒng)和人類活動的重要驅(qū)動力之一，因此在氣候變化研究中越來越受到重視。大多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)全球太陽輻射量表現(xiàn)出逐年降低趨勢，并把這種現(xiàn)象稱為“全球變暗”［1－2］，對全球大多數(shù)地區(qū)太陽輻射或日照時數(shù)的研究也證實了這一結(jié)論，如美國、西歐和中歐的大多數(shù)地區(qū)等［3－4］。我國關于日照時數(shù)變化的研究也有不少，吳昊文［5］等發(fā)現(xiàn)，浙江省日照時數(shù)呈明顯的減少趨勢，以夏季最為明顯，而春季的日照時數(shù)變化與年變化不一致，呈增加趨勢變化。靳利梅［6］指出，上海地區(qū)日照時數(shù)呈顯著減少趨勢變化，其中夏季、秋季和冬季日照時數(shù)顯著減少，春季日照時數(shù)變化不顯著;年日照時數(shù)與降水量和降水日數(shù)呈極顯著的負相關，各季日照時數(shù)與云量、水汽壓和降水基本都呈顯著的負相關。楊小梅［7］研究中國西南地區(qū)日照時數(shù)的變化時發(fā)現(xiàn)，中國西南地區(qū)日照時數(shù)的降低主要發(fā)生在低海拔區(qū)，特別是四川盆地和貴州高原，而位于高海拔區(qū)的大多數(shù)臺站降低幅度較小或為增加趨勢。本文通過相關統(tǒng)計分析方法，對貴州黔東南州日照時數(shù)變化特征進行初步分析。

2 資料和方法

本文選取黔東南州16 個臺站1971—2011年各站各月日照時數(shù)、月平均總云量、月平均低云量資料進行分析。

研究方法采用線性趨勢分析法、Mann－Kendall 法［8］。

季節(jié)劃分按氣候?qū)W劃分法，春季:3—5月;夏季:6—8月;秋季:9—11月;冬季:12月—次年2月。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 黔東南州日照時數(shù)的時間變化

3.1.1 全年日照時數(shù)的時間演變特征 通過統(tǒng)計計算可得，1971—2010年，黔東南州的年日照時數(shù)的多年平均值為1 186.4 h，年日照時數(shù)最多為1 410.7 h，出現(xiàn)在1978年，年日照時數(shù)最少為1 021.1 h，出現(xiàn)在2005年，兩者差值為389.6 h，占多年平均值的32.8%，充分表明，日照時數(shù)年際振蕩較大。根據(jù)黔東南州1971—2010年的逐年日照時數(shù)，作出黔東南州逐年日照時數(shù)及變化趨勢圖(圖1)。由圖中可以看出，1971—2010年，黔東南州日照時數(shù)有明顯的年際變化特征，總體呈下降的線性趨勢。1971—1976年，日照時數(shù)呈下降變化，且除1976年外，日照時數(shù)均在40 a 平均值水平之上;1978—1984年，日照時數(shù)也呈波動下降變化;1984—1988年，日照時數(shù)呈上升變化;1988—2005年，日照時數(shù)基本呈下降變化;2005年后，日照時數(shù)略有回升。通過計算得出1971—2010年，黔東南州年日照時數(shù)的一元線性變化趨勢系數(shù)為－34.63，日照時數(shù)與時間的相關系數(shù)r =0.441，通過α =0.01顯著性檢驗，說明，1971—2010年黔東南州年日照時數(shù)的線性減少變化趨勢是顯著的。

圖1 1971—2010年黔東南地區(qū)逐年日照時數(shù)及變化趨勢圖

3.1.2 四季日照時數(shù)的時間演變特征 利用黔東南地區(qū)1971年3月—2011年2月的月日照時數(shù)，計算出黔東南地區(qū)1971—2010年春、夏、秋、冬四季的平均日照時數(shù)(見表1)。

表1 1971—2010年多年平均的黔東南州各季日照時數(shù)

由表1 可以看出，黔東南州日照時數(shù)為夏季最多，秋季次之，然后為春季，冬季日照時數(shù)最少;夏季日照時數(shù)約占全年日照時數(shù)的38.4%，秋季占26.4%，春季占21.9%，冬季占13.3%。

對四季逐年日照時數(shù)變化曲線圖(圖2)進行分析，分別計算各季日照時數(shù)一元線性變化趨勢系數(shù)及相關系數(shù)。由圖2a 中可以看出，近40 a 以來，黔東南州春季日照時數(shù)在平均值上下波動變化，線性趨勢變化不明顯，一元線性趨勢變化曲線，基本與40 a 平均值線重合;1971—1974年日照時數(shù)多偏高于多年平均值;而1975—1984年，日照時數(shù)多偏低于多年平均值;之后，日照時數(shù)在平均值上下波動變化。通過一元線性回歸分析，計算出春季的日照時數(shù)變化趨勢系數(shù)為0.86，并未通過顯著性檢驗，說明春季的線性變化趨勢不明顯。

夏季(見圖2b)，1972年日照時數(shù)為逐年中的最高值;其后至1974年急劇下降至逐年次低值，然后開始波動上升;上升趨勢至1985年結(jié)束，又開始下降。近40 a的總體變化趨勢為減少，趨勢系數(shù)為－24.91，相關系數(shù)通過顯著性檢驗，說明夏季的線性減少趨勢是明顯的。

秋季(見圖2c)，日照時數(shù)總體呈波動下降變化趨勢，特別是1971—1998年間，日照時數(shù)在平均值上下波動變化，但1999年后，進入寡照時期，12 a 中日照時數(shù)僅有2 a 高于平均值，且偏高不多。日照時數(shù)整體呈下降趨勢變化，趨勢系數(shù)為－6.67，但未通過顯著性檢驗。

冬季(見圖2d)，日照時數(shù)的變化趨勢與秋季變化趨勢相似，2000年后進入寡照期，11 a 中僅有3 a日照時數(shù)高于平均水平;線性變化趨勢為－4.46，也未通過顯著性檢驗。

3.1.3 日照時數(shù)的年代際變化 表2 是黔東南州1971—2010年不同年代日照時數(shù)的平均值，由表中可以看出，春季日照時數(shù)各年代是呈增加趨勢變化的;夏季日照時數(shù)20 世紀70—80年代之間為增加變化，但進入90年代，日照時數(shù)明顯減少，到本世紀后，日照時數(shù)仍呈減少趨勢變化;秋季各年代的日照時數(shù)是波動變化的;而冬季各年代的日照時數(shù)變化正好與春季相反，均為減少，但減少不明顯。各年代的年日照時數(shù)變化也呈單調(diào)減少的變化，特別是90年代，較80年代減少較多。

表2 1971—2010年黔東南州不同年代日照時數(shù)特征統(tǒng)計

3.1.4 日照時數(shù)的突變分析 用Mann－Kendall方法檢驗黔東南州1971—2010年的全年及四季日照時數(shù)序列的突變狀況，結(jié)果見圖3。由圖中可以看出，在年日照時數(shù)的Mann－Kendall 檢驗中，UFk值均＜0，說明年日照時數(shù)是呈減少趨勢變化的。UFk和UBk曲線的交點較多，但突變點為1992年。

春季、秋季、冬季的UFk線均在α =0.05的臨界值曲線之間，日照時數(shù)沒有發(fā)生突變。

夏季的UFk值大多＜0，說明夏季日照時數(shù)也是呈下降趨勢變化。2001年后，UFk值超出了信度線，說明下降趨勢明顯。UFk和UBk曲線有2 個交點，分別為1991年和1992年，第1 個交點相交后，UFk曲線并沒有超過α =0.05的信度線，第2 個交點后，UFk值超出了α =0.05的信度線，所以，確定1992年為黔東南地區(qū)夏季日照時數(shù)的突變點。

圖2 1971—2010年黔東南州逐年春(a)、夏(b)、秋(c)、冬(d)各季日照時數(shù)及變化趨勢圖

圖3 1971—2010年黔東南州日照時數(shù)Mann－Kendall 統(tǒng)計量曲線圖

3.2 黔東南州日照時數(shù)變化與云量變化的相關分析

影響日照時數(shù)變化的因子有很多，本文從云量變化的角度，分析其對黔東南地區(qū)日照時數(shù)的影響。

圖4 為1971—2010年黔東南州逐年云量及變化趨勢圖。由圖中可以看出，近40 a 以來，黔東南州年平均總云量呈波動減少趨勢變化，低云量相反，呈波動增加趨勢變化?？傇屏康木€性趨勢為－0.84% /10 a，低云量的線性變化趨勢為1.85% /10 a，均通過α=0.05 顯著性檢驗。

圖5 為1971—2010年黔東南州各季低云量的變化趨勢圖。由圖中可以看出，近40 a 以來，黔東南州各季節(jié)的低云量均呈增加變化。其中春季，80年代初期以前，低云量呈減少變化，20 世紀80年代至90年代末期，低云量為增加變化階段，其后至2007年，云量為減少變化，2007年以后，低云量又開始增加。而夏季的低云量在80年代以前為一個增加變化，1980年后至1985年，日照時數(shù)減少，其后至20 世紀末，低云量為一個持續(xù)的增加變化過程，進入21 世紀后，夏季的低云量變化較為平緩。秋季的低云量變化波動性較大，80年代前，為減少變化，1980—1985年，為增加變化，1985—1992年，低云量又開始減少，1992—1997年，低云量為增加變化，1997年后，低云量又開始減少，但減少幅度小。冬季的低云量也是呈增加變化。從20 世紀70年代中期開始一直到90年代末期，低云量一直在增加，90年代后至本世紀初期，低云量有所減少，減幅小。

圖4 1971—2010年黔東南州年平均總云量(a)、低云量(b)及變化趨勢

圖5 1971—2010年黔東南地區(qū)逐年各季節(jié)低云量的變化趨勢

表3 1971—2010年黔東南地區(qū)日照時數(shù)與云量的相關系數(shù)

表4 1971—2010年黔東南地區(qū)云量趨勢系數(shù)及顯著性 (單位:% /10 a)

對黔東南州1971—2010年的全年和四季總云量、低云量的變化趨勢以及與日照時數(shù)的變化關系進行分析，結(jié)果見表3 及表4。其中，表3 為云量與日照時數(shù)的相關系數(shù)，表4 為云量的變化趨勢。

由日照時數(shù)與云量的相關系數(shù)可見，日照時數(shù)與云量呈顯著的負相關關系，云量增加，日照時數(shù)減少。年日照時數(shù)與平均低云量的相關性更密切，這是因為云對太陽輻射的反射能力隨云狀和云的厚度而不同，高云反射率約為25%，中云為50%，低云為65%，稀薄的云層也可反射10%～20%。隨著云層增厚反射增強，厚云層反射可達90%［9］。

在1971—2010年中，全年及各季平均總云量均呈減少趨勢變化，春季平均總云量的減少趨勢通過α=0.01 顯著性檢驗;而年平均總云量的減少，通過α=0.01 顯著性檢驗。

對于平均低云量而言，近40 a，平均低云量呈增加趨勢變化，夏季的增加趨勢最為顯著，其次為冬季，再次為秋季，而春季的平均低云量變化不明顯。

黔東南州1971—2010年春季總云量減少明顯，而低云量變化不明顯，因此，春季日照時數(shù)有小的增加趨勢;而夏季總云量變化不明顯，而低云量增加最明顯，且該季日照時數(shù)與低云的反相關最大(－0.904)，導致夏季日照時數(shù)減少最顯著;秋季總云量減少，低云量有所增加，總云量的減少趨勢較低云量的增加趨勢小，因而秋季日照時數(shù)呈減少趨勢變化;冬季總云量的變化最不明顯，低云量的增加趨勢在四季中僅次于夏季，但日照時數(shù)的減少趨勢在四季中次于夏季和秋季，由此可知，日照時數(shù)的減少，不僅僅取決于云量的變化，還與其它的一些要素相關。

4 結(jié)論

通過對1971—2010年黔東南州日照時數(shù)的時空變化特征及與云量變化關系的分析，得出如下主要結(jié)論:

①黔東南地區(qū)1971—2010年的年日照時數(shù)呈顯著下降趨勢變化。春季日照時數(shù)變化不明顯，夏季顯著減少，秋季和冬季也呈減少趨勢變化，但變化趨勢不如夏季明顯。

②從年代際變化來看，黔東南州自上世紀70年代以來，各年代間日照時數(shù)呈減少變化，其中，變化最劇烈為20 世紀80年代至90年代;黔東南州年日照時數(shù)的突變點為1992年。

③黔東南地區(qū)日照時數(shù)的減少，與低云量的增加有顯著相關。

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