貴陽市日照時數(shù)時空變化特征及其影響因素研究

金昭貴　張皓　吳智鳳　吳世美　田夢勤　袁碩　李娟

摘要：選取1982—2013年貴陽市8個國家氣象站的逐月日照時數(shù)資料為研究對象，運用氣候傾向率、異常年份分析、Mann-Kendall檢驗和SPSS22軟件，對貴陽市日照時數(shù)時空變化特征及其影響因素進行分析。結(jié)果表明，貴陽市多年平均逐月日照時數(shù)呈單峰“M”型特點，四季、年的日照時數(shù)呈下降趨勢。年日照時數(shù)豐裕年出現(xiàn)在20世紀80、90 年代初期、末期，四季日照時數(shù)存在不同年份發(fā)生異常偏多、偏少，且四季、年日照時數(shù)有突變現(xiàn)象。夏季日照時數(shù)分布呈現(xiàn)西部-西北部低于其他地區(qū)，在貴陽市主城區(qū)出現(xiàn)日照時數(shù)偏少特征;年日照時數(shù)變化的空間差異明顯，基本上呈中部向周圍地區(qū)下降趨勢。云量、降水量、降水日數(shù)、平均相對濕度、平均水氣壓對日照時數(shù)減少的影響表現(xiàn)明顯。

關(guān)鍵詞：貴陽市;日照時數(shù);時空變化;異常分析;突變檢驗

中圖分類號：S16

文獻標(biāo)識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200215038

收稿日期：2019-10-31

基金項目：貴州省氣象局青年科技基金項目;貴陽市氣象局氣象科計基金項目（項目編號：筑氣科合KF[2018]09號）

作者簡介：金昭貴（1983-），男，碩士，工程師。研究方向：氣候變化、農(nóng)業(yè)氣象等。

近年來，氣候變化已成為關(guān)注的焦點。除溫度、降水氣候影響因素外，日照是影響氣候變化的主要要素之一，是太陽輻射變化的最直接反映，是農(nóng)作物生長發(fā)育必需條件，也是重要的氣候資源，其對合理布局農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整具有重要作用。因此深入研究日照時數(shù)的時空分布規(guī)律及變化趨勢，對強化地區(qū)氣候背景認識和氣候變化趨勢特點的了解具有重要意義[1-4]。

近年來，學(xué)者們對日照時數(shù)的氣候變化特征及其影響因素做了相關(guān)研究。在全球變暖背景下，日照存在“變暗”特征。在美國、西歐、印度、中國等地區(qū)的日照時數(shù)呈減少趨勢，日照變化差異明顯[1，5，6]。中國年日照時數(shù)呈減少趨勢[6]，西南地區(qū)、云南、四川、貴州等省日照時數(shù)呈減少趨勢[7-12]，表現(xiàn)為明顯的階段性、空間變化差異性、盆地減少幅度大于高原、周期性“暗亮”交替等特征。貴州受地形地貌影響，日照時間年總量的空間分布具有明顯的地域分布特點[11，12]。貴陽單站日照時數(shù)呈現(xiàn)減少趨勢及存在突變現(xiàn)象[13]。

貴陽市位于云貴高原東部，是黔中農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展區(qū)。前人[13]初步貴陽市單站日照時數(shù)變化特征進行了初步分析，然而對整個貴陽市日照時數(shù)的時空變化特征及其影響因素進行較為全面系統(tǒng)的分析報道較少，因此本文選取1982—2013年貴陽市8個國家氣象站的逐月日照時數(shù)資料為研究對象，運用氣候傾向率、異常年份分析、Mann-Kendall檢驗、SPSS22軟件和ArcGIS10.2軟件Kriging空間插值法，對貴陽市日照時數(shù)時空變化特征及其影響因素進行分析，以期了解其氣候變化特征，為貴陽地區(qū)應(yīng)對氣候變化、農(nóng)業(yè)規(guī)劃、氣候資源開發(fā)利用等提供科學(xué)參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

本文選取貴陽市8個國家氣象站1982—2013 年的逐月日照時數(shù)、總云量、低云量、平均風(fēng)速、平均水汽壓、降水量、降水日數(shù)、平均相對濕度、霧日數(shù)資料，數(shù)據(jù)來源于貴州省氣象信息中心，多年平均值采用多站1981—2010年的30a標(biāo)準值。按照氣象規(guī)定劃分12月—次年2月為冬季，3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，通過算數(shù)平均法分別建立了貴陽市逐月、逐季、逐年的日照時間序列，分析了貴陽地區(qū)近32a日照時數(shù)時空變化特征及其影響因素。并運用ArcGis10.2軟件Kriging空間插值法繪制該區(qū)日照時數(shù)變化的空間分布特征。本文氣候傾向率[14]采用氣候變化線性趨勢分析、異常年份分析法[10]選取世界氣象組織對氣候異常提出的判別標(biāo)準，突變特征采分析用Mann-Kendall檢驗法[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 日照時數(shù)的時空變化特征

2.1.1 日照時數(shù)的月變化分析

統(tǒng)計逐月日照時數(shù)結(jié)果顯示（圖1），貴陽市逐月日照時數(shù)呈單峰“M”型特點，8月逐月日照時數(shù)達到最高峰，為日照時數(shù)最多的月份，日照時數(shù)162.2h。日照時數(shù)逐月除2月、3月外其它月份均呈下降趨勢（表1）。

2.1.2 日照時數(shù)季節(jié)時空變化特征

據(jù)統(tǒng)計分析可知（圖2），春、夏、秋、冬四季多年平均日照時數(shù)分別為99.1h、142.1h、88.4h、49.0h，四季的日照時數(shù)呈下降趨勢，氣候傾向率為夏季（-9.35h/10a）>春季（-4.434h/10a）>秋季（-4.41h/10a）>冬季（-2.66h/10a），四季變化趨勢均表現(xiàn)為顯著水平（在α=0.05水平通過檢驗）。

通過計算貴陽市8個國家站夏季日照時數(shù)及其線性變化趨勢，得出氣候傾向率，繪制貴陽市夏季日照時數(shù)空間分布圖和氣候傾向率分布圖。結(jié)果顯示（圖3），貴陽市夏季日照時數(shù)分布呈現(xiàn)西部-西北部低于其他地區(qū)，在貴陽市主城區(qū)出現(xiàn)日照時數(shù)偏少特征。主要表現(xiàn)為在主城區(qū)、修文縣大部分地區(qū)、清鎮(zhèn)市中北部、息烽西部及南部、白云區(qū)西北部地區(qū)日照時數(shù)豐裕。從氣候傾向率變異分布情況顯示（圖4），貴陽市南部、主城區(qū)、中部地區(qū)日照時數(shù)氣候傾向率變化較大，集中于該區(qū)域。

2.1.3 年日照時數(shù)時空變化特征

計算貴陽市8個國家站逐年日照時數(shù)統(tǒng)計表明，1982—2013年貴陽市年平均日照時數(shù)為1135.1h，最高為1357.8h（1987年），最低為800.6h（2012年），極差557.2h，表明其年日照時數(shù)變幅較大。貴陽市逐年日照時數(shù)整體呈減少趨勢（圖5），減少速率為53.3h /10a（通過在α=0.05水平上的顯著性檢驗）。從貴陽近32a日照時數(shù)的年代際變化（圖5）分析可見，20世紀80、90年代，除1997年表現(xiàn)為負距平外，日照時數(shù)為正距平。21世紀初，貴陽的日照時數(shù)2005年、2008年表現(xiàn)為負距平，其余年份為正距平距，日照時數(shù)高于多年平均值。

分別計算貴陽市8個國家站全年日照時數(shù)及其線性變化趨勢，得出氣候傾向率，最后繪制出日照時數(shù)

的空間分布圖（圖6）和氣候傾向率的空間分布圖

（圖7）。貴陽市年平均日照時數(shù)在800.6～1357.8 之間，空間分布趨勢高值區(qū)出現(xiàn)在修文縣南部、清鎮(zhèn)市東部、白云區(qū)西北部。低值區(qū)主要出現(xiàn)在主城區(qū)，年日照時數(shù)變化的空間差異明顯，基本上呈中部向周圍地區(qū)下降趨勢，低值區(qū)出現(xiàn)在白云區(qū)，平均氣候傾向率為-140.7h/10a。

2.2 異常突變年份分析

2.2.1 異常年份分析

日照時數(shù)進行異常計算統(tǒng)計分析顯示（表2），貴陽市年日照時數(shù)異常偏多年份均出現(xiàn)在20世紀80、90 年初期、末期。異常偏少年份出現(xiàn)在2012年，偏多年份出現(xiàn)在1987年、1990年。異常偏少年份較多年平均值偏少248.7h，偏多年份較多年平均值偏多308.6h、263.5h。從季節(jié)的異常分析可見，貴陽春季異常年份偏多年份1987年、1998年、2002年、2007年，異常偏少年份為1996年;夏季異常偏多年份為1984年、1990年，偏少年份為2007年、2012年;秋季異常偏多年份為1992年、1998年，偏少年份為2012年;冬季異常偏多年份為1987年、1993年，異常偏少年份為1995年、2006年。

2.2.2 突變特征分析

運用Mann-Kendall方法對貴陽市年日照時數(shù)和四季進行突變分析，結(jié)果顯示（圖4），貴陽市年日照時數(shù)UF曲線和UB曲線存在交點，通過α=0.05的檢驗，時間在1994年前后發(fā)生突變，從季節(jié)上看（圖略），四季UF曲線與UB曲線在信度線內(nèi)均存在交點，通過α=0.05的檢驗，表明四季均出現(xiàn)突變。春季日照時數(shù)在增加過程中發(fā)生了突變，時間在2008 年前后，夏季日照時數(shù)在減少過程中也發(fā)生了突變，時間在1992年前后，秋、冬季日照時數(shù)在下降過程中發(fā)生突變，秋季在1992年、1995年、1998年、2001年存在上升或下降過程中發(fā)生轉(zhuǎn)折突變，冬季日照時數(shù)在冬季1987年、1992年、1995年、1998年、2009年、2011年發(fā)生了轉(zhuǎn)折突變。

3 影響年日照時數(shù)的氣象要素分析

運用SPASS22軟件，選擇總云量、低云量、平均水氣壓、降水量、平均風(fēng)速、降水日數(shù)、霧日數(shù)、平均相對濕度等因子分析與日照時數(shù)的相關(guān)、主成分關(guān)系。結(jié)果顯示如下。

年日照時數(shù)與總云量、低云量、降水量、降水日均呈顯著負相關(guān)關(guān)系（均通過α= 0.01的信度檢驗），相關(guān)系數(shù)分別為-0.656、-0.852、-0.223、-0.466，而與平均相對濕度呈顯著負相關(guān)關(guān)系 （通過α=0.05的信度檢驗），相關(guān)系數(shù)為-0.433，霧日數(shù)與日照時數(shù)也呈負相關(guān)關(guān)系，但未通過顯著性檢驗。選擇通過相關(guān)顯著性檢驗的因子數(shù)據(jù)進行標(biāo)準化處理后做主成分分析，結(jié)果表明，KMO為0.71>0.7，Bartlett球形檢定顯著性p=0.000，2個成分特征值分別為3.419、1.483，均>1，且累計貢獻率=81.7%，可以提取2個因子。分析因子載荷顯示2個主成分，平均總云量、平均相對濕度、降水日數(shù)在成分1上有較高載荷，平均低云量在成分1上有較高載荷。

春季，日照時數(shù)與總云量、低云量、降水日數(shù)均通過α=0.01信度檢驗，呈顯著性負相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.656、-0.852、-0.466，平均相對濕度與日照時數(shù)呈顯著性負相關(guān)，通過α=0.05的信度檢驗;降水日數(shù)、霧日數(shù)與日照時數(shù)呈負相關(guān)，未通過顯著性檢驗。夏季，日照時數(shù)與總云量、低云量、平均水氣壓、降水量、降水日數(shù)、平均相對濕度分別通過在α=0.01、α=0.05信度檢驗，均呈顯著性負相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.716、-0.889、-0.466、-0.428、-0.620、-0.608;霧日數(shù)與日照時數(shù)呈負相關(guān)，未通過顯著性檢驗。秋季，日照時數(shù)與總云量、低云量、平均水氣壓、降水日數(shù)、平均相對濕度分別通過在α=0.01、α=0.05信度檢驗，均呈顯著性負相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.878、-0.866、-0.363、-0.657、-0.646;降水量、平均風(fēng)速、霧日數(shù)與日照時數(shù)呈負相關(guān)，未通過顯著性檢驗。冬季，日照時數(shù)與總云量、低云量、降水日數(shù)、平均相對濕度分別通過在α=0.05信度檢驗，均呈顯著性負相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為-0.969、-0.913、-0.756、-0.641;降水量、霧日數(shù)與日照時數(shù)呈負相關(guān)，未通過顯著性檢驗。

前人發(fā)現(xiàn)日照變化受觀測日照的儀器、大氣氣溶膠影響[11，12]，同時，貴陽市國家臺站觀測環(huán)境的影響也是導(dǎo)致日照減少的原因。從年份上分析，年日照時數(shù)的變化受總云量、降水日數(shù)、相對濕度影響。從季節(jié)上看，春季日照時數(shù)變化與平均總云量、平均相對濕度、降水日數(shù)影響;夏季日照時數(shù)變化受總云量、低云量、平均水氣壓、降水量、降水日數(shù)、平均相對濕度影響。秋季日照時數(shù)變化受總云量、低云量、降水日數(shù)、平均相對濕度影響，冬季日照時數(shù)與總云量、低云量、降水日數(shù)、平均相對濕度影響。綜上發(fā)現(xiàn)云量、降水量、降水日數(shù)、平均相對濕度、平均水氣壓對日照時數(shù)減少的影響表現(xiàn)明顯，尤其是夏季日照時數(shù)顯著減少，相關(guān)因子的增多對全年、夏季日照時數(shù)的減少貢獻最大。

4 結(jié)論

貴陽市多年平均逐月日照時數(shù)呈單峰“M”型特點，8月逐月日照時數(shù)達到最高峰;四季、年的日照時數(shù)呈下降趨勢，代際變化顯示1997、2005年、2008年表現(xiàn)為負距平，豐裕年出現(xiàn)在20世紀80、90 年初期、末期。

貴陽市年日照時數(shù)異常偏多年份均出現(xiàn)在20世紀80、90 年初期、末期。四季日照時數(shù)在不同年份發(fā)生異常偏多和偏少。突變分析顯示年日照時數(shù)UF曲線和UB曲線存在交點，時間在1994年前后發(fā)生突變;四季UF曲線與UB曲線在信度線內(nèi)均存在交點，四季均出現(xiàn)突變特征。

貴陽市夏季日照時數(shù)分布呈現(xiàn)西部-西北部低于其他地區(qū)，在貴陽市主城區(qū)出現(xiàn)日照時數(shù)偏少特征;年平均日照時數(shù)在800.6～1357.8 之間，年日照時數(shù)變化的空間差異明顯，基本上呈中部向周圍地區(qū)下降趨勢。

日照時數(shù)與影響因子的相關(guān)分析、主成分分析表明，年日照時數(shù)的變化受總云量、降水日數(shù)、相對濕度影響。整體上云量、降水量、降水日數(shù)、平均相對濕度、平均水氣壓對日照時數(shù)減少的影響表現(xiàn)明顯，尤其是夏季日照時數(shù)顯著減少，相關(guān)因子的增多對全年、夏季日照時數(shù)的減少貢獻最大。

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（責(zé)任編輯 李媛媛）