保定市近55a日照時數(shù)的變化特征及影響因子分析

李玉娥，李忠琦，王紅雁

（1.保定市氣象局，河北 保定 071000；2.大興安嶺地區(qū)氣象局，黑龍江 加格達奇 165000；3.龍江縣氣象局，黑龍江 龍江 161100）

保定市近55a日照時數(shù)的變化特征及影響因子分析

李玉娥1，李忠琦2，王紅雁3

（1.保定市氣象局，河北 保定 071000；2.大興安嶺地區(qū)氣象局，黑龍江 加格達奇 165000；3.龍江縣氣象局，黑龍江 龍江 161100）

利用保定市1955～2009年的日照、云量、霧、沙塵等資料，采用統(tǒng)計學的方法，分析日照時數(shù)的變化特征及影響因子。結(jié)果表明：近55 a年日照時數(shù)呈減少趨勢，其趨勢變化率為-103.9 h／10 a，四季日照時數(shù)也均呈現(xiàn)下降特征，保定市的日照時數(shù)5月份最多，12月最少。影響保定市日照時數(shù)減少的主要原因是14：00總云量的增多，以及霧、輕霧日數(shù)增多導致能見度的下降。

日照時數(shù)；趨勢；總云量；能見度

1 引言

日照時數(shù)表示一個地方直接受太陽光照射的實有時數(shù)，是太陽輻射最直接的表現(xiàn)，受云、霧、空氣污染物等多種因素影響。張秀艷[1]等對虎林市日照時數(shù)的變化特征及其與云量的關(guān)系進行了分析。李躍清[2]認為青藏高原東側(cè)的日照和云量的變化是春夏季氣溫變化的重要原因。由于日照受諸多要素的影響，不同地區(qū)日照的變化特征具有明顯的差異。覃崢嶸[3]分析了南寧日照時數(shù)減少的成因，找出了夏季日照時數(shù)的減少與降水量、廢氣排放總量的關(guān)系。Shaw Chen Liu等人[4]分析了臺灣地區(qū)日照時數(shù)的變化特征，認為日照減少的主要原因是人類排放氣溶膠的增加導致云量的增加。本文利用保定市長達55 a的日照時數(shù)資料，分析了保定市日照時數(shù)的變化規(guī)律及其主要影響因子。

2 資料和方法

2.1 資料選取

保定市1955～2009年的逐日日照時數(shù)、總低云量、霧、輕霧、煙、霾、浮塵、揚沙等常規(guī)觀測資料。季節(jié)劃分：春季為3～5月，夏季為6～8月，秋季為9～11月，冬季12～2月。

2.2 計算方法

采用線性趨勢分析來估算相關(guān)要素的氣候變化趨勢，表示為：yt=a1ti+a0,式中yi為ti時刻的要素值的趨勢方程估計量，ti為時間序號。把一階系數(shù)a1乘以10稱為該要素變化傾向率(或變化率)，如果為日照時數(shù)，則單位為：h／10 a。 a1可以用最小二乘法求得。日照時數(shù)是呈上升趨勢還是下降趨勢取決于a的符號，即傾向值，正為上升，負為下降。趨勢是否顯著用ti與Si之間的相關(guān)系數(shù)來判定，超過0.05顯著性水平則認為趨勢顯著。

應用累積距平法,繪制累積距平曲線，可對日照時數(shù)突變進行簡要分析。對于時間序列y，其某一時刻t的累積距平表示為：(i=1，2，…，n)，其中為多年平均值，n個時刻的累積距平值全部算出，即可繪制累積距平曲線，進行趨勢分析，判斷其長期顯著的演變趨勢及持續(xù)性變化，并可診斷出發(fā)生突變的大致時間。

3 日照時數(shù)變化特征

3.1 保定市日照時數(shù)的年際變化特征

保定市近55 a日照時數(shù)呈減少趨勢(見圖1)，其趨勢變化率為-103.9 h／10 a，55 a減少了571 h，減少趨勢非常明顯，并呈現(xiàn)出階段性，從90年代后日照時數(shù)呈現(xiàn)出快速減少趨勢。保定多年平均日照時數(shù)為2 511 h，但日照時數(shù)年際變化振幅較大，最高值出現(xiàn)在1965年為3 040 h,最低值出現(xiàn)在2008年僅為2 025 h，為有氣象記錄以來日照時數(shù)最少的年份。年日照時數(shù)極差達1 015 h。

通過日照時數(shù)累積距平變化趨勢來看 (見圖2)，1955～1971年、1984～1989年為日照偏多期，1995～2009年為快速減少階段。可以看出在1995年左右保定市日照時數(shù)發(fā)生了突變，并從1995年開始，減少速率明顯加快。從20世紀50年代到現(xiàn)在，年日照時數(shù)大約減少了25%左右。

圖1 保定1955～2009年日照時數(shù)變化曲線及趨勢

圖2 保定1955～2009年日照時數(shù)累積距平

3.2 保定市各季日照時數(shù)的年際變化特征

保定市各季日照時數(shù)的分布情況是：春季日照時數(shù)最多，其次是夏季、秋季，冬季日照時數(shù)最少。四季日照時數(shù)的年際變化均呈現(xiàn)下降特征（見圖3），夏季日照時數(shù)減少最為明顯，減少率為31.7 h/10 a，春季日照時數(shù)減少率最小，只有13.5 h/10 a，這恰好與春季日照時數(shù)最多相對應，表明日照時數(shù)多的季節(jié)，日照的減少率和變化幅度較小。

3.3 保定市逐月平均日照時數(shù)的變化特征

圖3 保定1955～2009年各季日照時數(shù)變化

保定市55 a各月平均日照時數(shù)見圖4，其中5月份最多，達到274.5 h，12月份日照時數(shù)最少，只有159.1 h，變化幅度達115.4 h。這與可照時數(shù)的最大值出現(xiàn)的月份不一致，主要是由于保定市6～8月是雨季，年降水量的70%出現(xiàn)在這一時段，云量多，影響了日照。圖5所示，保定市日照百分率5月份最大，為61.8%，7月份最小，只有46.3%。

圖4 保定1955～2009年逐月平均日照時數(shù)變化

圖5 保定1955～2009年逐月平均日照百分率

4 影響日照時數(shù)變化的因子分析

影響日照時數(shù)變化的因子有很多，云量、大氣透明度等是影響日照時數(shù)的重要因子。對于本文所討論的時間尺度而言，影響日照時數(shù)最重要的因子是大氣中云的變化和大氣透明度。大氣透明度是表征大氣對太陽輻射透明度的一個參數(shù)，是受大氣中的水汽含量以及大氣氣溶膠含量等因子影響，天氣現(xiàn)象中的霧、輕霧、煙、霾、浮塵、揚沙等影響能見度的現(xiàn)象是與大氣中水汽含量及氣溶膠量值最為密切的因子。因此，本文選取了保定市1955～2009年總云量、低云量、能見度、煙、霧、浮塵、揚沙日數(shù)等參數(shù)，來分析影響保定市日照減少的可能因素。首先計算了所選因子與年日照時數(shù)的線性相關(guān)系數(shù)。發(fā)現(xiàn)14：00年平均總云量與年總照時數(shù)的線性相關(guān)系數(shù)絕對值最大，達到了-0.613，可見總云量是影響日照時數(shù)的最重要因子。除低云量外其它因子與日照時數(shù)的相關(guān)系數(shù)也超過0.36，均可以通過置信度為0.01的檢驗，表明它們存在著明顯的線性相關(guān)。下面分別討論一下它們各自對日照時數(shù)的影響。

表1 各要素與年日照時數(shù)的線性相關(guān)系數(shù)

4.1 云對日照時數(shù)的影響

云對日照時數(shù)的影響主要體現(xiàn)在總云量上，14：00年平均低云量與年日照時數(shù)線性相關(guān)性很小，只有0.02,通不過檢驗，或者說14：00年平均低云量與年總?cè)照諘r數(shù)不存在線性相關(guān)性，故這里不予討論。而14：00平均總云量與日照時數(shù)存在明顯的負相關(guān)，近55 a來，保定市總云量呈現(xiàn)增多的趨勢（見圖6），55 a來增加了0.5成左右，平均增長率為0.09成/10 a。從而影響光照，使日照時數(shù)減少。對比圖1和圖6看出，進入本世紀以來，總云量快速增多，正好與日照時數(shù)的快速下降階段相對應。所以，可以斷定總云量是是影響日照時數(shù)的最重要因子之一。

圖6 保定1955～2009年14∶00年平均總云量變化

4.2 輕霧、霧、能見度對日照時數(shù)的影響

霧、輕霧日數(shù)、能見度是表征大氣透明度的重要因子，它們與日照時數(shù)存在著明顯的線性相關(guān)，霧、輕霧日數(shù)呈增多趨勢，見圖7,平均每10 a增長12 d，致使年平均能見度呈下降趨勢，下降率達到0.63 km/10 a。對比圖1、7、8可以發(fā)現(xiàn)：70年代中期至80年代中期，霧、輕霧日數(shù)偏多，平均能見度偏低，與該時期日照時數(shù)偏少是相對應的，可見，霧、輕霧日數(shù)、能見度也是影響日照時數(shù)的重要因子。

圖7 保定1955～2009年霧、輕霧日數(shù)變化

圖8 保定1955～2009年平均能見度的變化

4.3 煙、霾、浮塵、揚沙日數(shù)對日照時數(shù)的影響

煙、霾、浮塵、揚沙總?cè)諗?shù)近55 a呈現(xiàn)出快速減少的趨勢，減少率為38 d/10 a,55 a總?cè)諗?shù)下降了200多天，與日照時數(shù)減少趨勢一致，表現(xiàn)出明顯的線性正相關(guān)。從理論上說煙、浮塵和揚沙日數(shù)的減少，有利于日照時數(shù)的增多，但現(xiàn)實正好相反。這可以從兩個方面作出解釋：其一、煙、霾、浮塵、揚沙這些天氣現(xiàn)象在保定一般不會造成比較低的能見度，對日照影響很小；其二、煙、霾、浮塵、揚沙這些“干塵”現(xiàn)象出現(xiàn)的日數(shù)與輕霧、霧這些和水汽有關(guān)的天氣現(xiàn)象有明顯的線性負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達到-0.55,置信度超過0.01,也就是說煙、霾、浮塵、揚沙這些“干塵”現(xiàn)象日數(shù)的減少，意味著輕霧、霧這些濕現(xiàn)象日數(shù)的增多，從而引起日照時數(shù)的減少。因此，煙、浮塵、揚沙總?cè)諗?shù)的變化不是造成保定市日照時數(shù)顯著減少的主要原因。

5 結(jié)論

保定市近55 a日照時數(shù)呈減少趨勢，其趨勢變化率為-103.9 h／10 a。四季日照時數(shù)也均呈現(xiàn)下降特征，夏季日照時數(shù)減少率最大，春季減少率最小。保定市的日照時數(shù)5月份最多，12月最少，與可照時數(shù)的分布有一定的差異，7月日照百分率最小，其主要原因是保定市6～8月是雨季，云量多，對日照造成很大影響。

影響保定市日照時數(shù)減少的主要因子是總云量、霧、輕霧日數(shù)和能見度。近55 a來保定14：00總云量增多趨勢，以及霧、輕霧日數(shù)的增多，導致能見度下降，造成了保定日照時數(shù)減少的趨勢。

[1]張秀艷，宋玉華，樸虎.虎林市近40a日照時數(shù)的變化特征[J].黑龍江氣象，2009，26（3）：27-28.

[2]李躍清.近40年青藏高原東側(cè)地區(qū)云、日照、溫度及日較差的分析[J].高原氣象，2002，21(3)：327-332.

[3]覃崢嶸.南寧日照時數(shù)減少的氣候特征及成因分析[J].廣西氣象，1999，20(2)：38-40.

[4]Shaw Chen Liu，Chung Ho Wang，Chein Jung Shiu，et a1.Reduction in sunshine duration over Taiwan：causes and implications[J].Terrestrial。 Atmospheric and Oceanic Sciences，2002，13(4)：523-545.

P414.5+1

A

1002-252X(2010)03-0014-04

2010-6-6

李玉娥，（1968-），女，河北省易縣人，成都信息工程學院，本科生，工程師.