云南盤龍河流域1961-2013年日照時(shí)數(shù)變化特征分析*

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云南盤龍河流域1961-2013年日照時(shí)數(shù)變化特征分析*

王平1，程清平1,2，王叢3，伙國勇4

(1.云南師范大學(xué) 旅游與地理科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650500；2.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007；

3.昭通市水文水資源局，云南 昭通 657000；4.云南省麻栗坡縣林業(yè)局，云南 麻栗坡 663600)

摘要：為了合理利用盤龍河流域光照資源，利用流域內(nèi)麻栗坡氣象站1961-2013年逐月日照時(shí)數(shù)、氣溫、降水量等觀測資料，采用線性趨勢分析、Mann-Kendall檢測、Morle小波分析等方法對(duì)該流域年和各季日照時(shí)數(shù)的變化特征和影響因素進(jìn)行初步分析.結(jié)果表明：盤龍河流域年日照時(shí)數(shù)呈增加趨勢，傾向率為7.44 h/10a，53年來增加了39.4 h，各季變化有所不同，春(-4.04 h/10a)、冬(-1.513 h/10a)季呈減少趨勢，夏(6.612 h/10a)、秋(6.78 h/10a)季呈增加趨勢；春、夏、秋季突變點(diǎn)分別為1994、1981、1979年；年、春、夏、季、冬季日照時(shí)數(shù)分別存在28、28、28、27、27年的主周期變化；氣溫的顯著升高可能是年日照時(shí)數(shù)增加的主要原因之一.

關(guān)鍵詞：盤龍河流域；日照時(shí)數(shù)；變化特征

全球氣候變暖已是不爭的事實(shí)[1].氣候變化將導(dǎo)致大氣物理和化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生一系列復(fù)雜多樣的變化，進(jìn)而對(duì)到達(dá)地球表面的太陽輻射產(chǎn)生影響[2].日照時(shí)數(shù)是反映太陽輻射強(qiáng)弱的重要?dú)夂蛑笜?biāo)，其變化對(duì)其他氣候要素和地表通量會(huì)產(chǎn)生重要的影響.因此，認(rèn)識(shí)日照時(shí)數(shù)變化的趨勢和規(guī)律對(duì)合理開發(fā)光照資源具有十分重要的價(jià)值.近年來，有不少國內(nèi)外學(xué)者對(duì)日照時(shí)數(shù)的變化做了研究.Stanhill等[2]對(duì)全球1958-1992年太陽輻射的研究表明全球每年減少(0.51±0.05) W·m-2，即35年來總共減少了20 W·m-2；Angell[3]的研究結(jié)果表明，1950-1988年美國大陸日照時(shí)數(shù)呈顯著減少趨勢.Kaiser等[4]的研究表明，1954-1998年中國日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢，尤以東部減少趨勢最為顯著；虞海燕、任國玉等[5-6]分別對(duì)全國1951-2009年和1956-2002年日照時(shí)數(shù)變化進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢且變化具有明顯的區(qū)域性和季節(jié)性差異；楊小梅等[7]對(duì)中國西南地區(qū)的日照時(shí)數(shù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，西南地區(qū)的日照時(shí)數(shù)呈顯著的減少趨勢，日照時(shí)數(shù)變化具有階段性；張萬誠等[8]對(duì)云南省1961-2010年日照時(shí)數(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，日照時(shí)數(shù)在區(qū)域分布上具有西邊多，東邊相對(duì)較少，且南部比北部多的特點(diǎn)，局地變化具有差異性和不同步性，其變化大致為北部減少，南部增加；李矜宵等[9]的研究發(fā)現(xiàn)，楚雄市近50年來日照時(shí)數(shù)年代際變化呈減少趨勢.以上研究表明，在過去的幾十年里，我國的日照時(shí)數(shù)呈顯著的減少趨勢，且具有明顯的區(qū)域性、季節(jié)性和階段性差異.

就盤龍河流域日照時(shí)數(shù)的變化特征及與其他氣候要素的相關(guān)性進(jìn)行分析，旨在為該地區(qū)光能資源的合理利用提供科學(xué)參考.

1研究地區(qū)概況

盤龍河為紅河左岸一級(jí)支流.據(jù)云南省水利廳2002年云南省河流狀況的資料顯示，盤龍河發(fā)源于云南省蒙自市鳴鷲鄉(xiāng)，呈西北-東南向流經(jīng)硯山、文山、西疇、馬關(guān)、麻栗坡等縣，在船頭出國境，入越南后稱瀘江，于越池匯入紅河干流，在云南省境內(nèi)河長252.6 km，流域面積6 100.2 km2.盤龍河流域大部分地區(qū)位于北回歸線以南，海拔600 m以下的區(qū)域?yàn)樵摿饔驓夂蚧鶐В瑢俦睙釒駶櫺图撅L(fēng)氣候，600 m以上區(qū)域則大部分為南亞熱帶.流域年降水量在900～1 800 mm之間，由下游向上游逐漸遞減.麻栗坡氣象站位處盤龍河中游，年日照時(shí)數(shù)1 627.5 h，年日照百分率37%，年平均氣溫17.7 ℃，年降水量1 063.2 mm，年蒸發(fā)量1 360.0 mm，年相對(duì)濕度86%，年干燥度≤0.85，屬北熱帶濕潤型季風(fēng)氣候[10].

2資料和研究方法

2.1資料來源

數(shù)據(jù)來源于麻栗坡氣象站(站號(hào)56996，23°08′N，104°42′E，海拔1 094.4 m)1961-2013年累年各月日照時(shí)數(shù)觀測數(shù)據(jù)，站點(diǎn)沒有移站，資料序列完整.分別按春季(3-5月)、夏季(6-8月)、秋季(9-11月)、冬季(12月至翌年2月)統(tǒng)計(jì)各季日照時(shí)數(shù).標(biāo)準(zhǔn)氣候值以世界氣象組織(WMO)設(shè)定的30年(1981-2010年)日照時(shí)數(shù)平均值為準(zhǔn).

2.2研究方法

通過一元線性趨勢分析[11]、滑動(dòng)平均法[12]進(jìn)行日照時(shí)數(shù)變化趨勢的分析，Morle小波[13]方法對(duì)日照時(shí)數(shù)變化周期進(jìn)行分析，對(duì)于突變點(diǎn)的檢驗(yàn)采用國際氣象組織推薦的Mann-Kendall檢驗(yàn)方法[13-14]，對(duì)于交叉點(diǎn)較多，有虛假突變點(diǎn)時(shí)，結(jié)合滑動(dòng)t檢驗(yàn)法[13]確定其真正突變點(diǎn).利用相關(guān)分析法[15]分析日照時(shí)數(shù)與其他氣候要素的相關(guān)性.

3結(jié)果與討論

3.1變化趨勢分析

圖11961-2013年盤龍河流域日照時(shí)數(shù)變化曲線

Fig.1Sunshine duration change curve in Panlong River basin from 1961 to 2013

線性趨勢分析表明，盤龍河流域53年來年日照時(shí)數(shù)呈不顯著(P=0.5)的增加趨勢(圖1)，其傾向率為7.44 h/10a，53年來增加了39.4 h，這與石河子地區(qū)日照時(shí)數(shù)以4.0 h/10a的傾向率呈增加趨勢的變化[16]具有一致性，而與云南省[8,17-18]和楚雄市[9]均呈減少的變化趨勢不一致，最大值出現(xiàn)在1992年，為1 913.1 h，最小值出現(xiàn)在1984年，為1 336.4 h，極差576.7 h.年日照時(shí)數(shù)在1960年代至1970年代呈增加趨勢(表1)，1980年代降至1 582.3 h，與1970年代相差106.1 h，與1990年代相差115.2 h，21世紀(jì)以來呈減少趨勢.1970-2010年各年代距平分別為-63 h、42.6 h、-63.5 h、51.7 h、11.9 h，呈“增-減-增”趨勢.從年內(nèi)變化曲線來看，盤龍河流域日照時(shí)數(shù)呈雙峰型(圖2)，5月份最多為183.4 h，1月份最小為95.1 h，兩者相差88.3 h，年內(nèi)變化差異顯著.

圖2　日照時(shí)數(shù)月際變化曲線

季年1961-1970年/h1971-1980年/h1981-1990年/h1991-2000年/h2001-2010年/h2011-2013年/h年1582.81688.41582.31697.51657.71555.6春季506.7512.0474.3505.7480.2522.7夏季414.6459.0466.6438.3455.6475.7秋季369.5385.5351.5429.6401.2345.9冬季292.0331.9289.9323.9320.7211.2

圖31961-2013年盤龍河流域各季日照時(shí)數(shù)變化曲線

Fig.3The seasonal change curve of sunshine duration in Panlong River basin from 1961 to 2013

盤龍河流域1961-2013年春季日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(圖3)，傾向率為-4.04 h/10a(P=0.4)，53年來減少了21.4 h，1960年代至1970年代略有增加，1980年代降至474.3 h，1990年代回升至505.7 h，21世紀(jì)前10年又降至480.2 h，2011-2013年有所回升(表1).夏季呈增加趨勢，傾向率為6.21 h/10a(P=0.2)，53年來增加了32.9 h，1960年代至1970年代呈增加趨勢，1970年代較1960年代增多44.4 h，1980年代和1990年代呈減少趨勢，21世紀(jì)以來逐漸回升.秋季在各季節(jié)中增加趨勢顯著，傾向率為6.78 h/10a(P=0.1)，53年來增加了35.9 h，1960年代1970年代呈增加趨勢，1980年代降至351.5 h，1990年代迅速升至429.6 h，較1980年代增多78.1 h，21世紀(jì)以來呈減少趨勢.冬季傾向率為-1.51 h/10a(P=0.7)，53年來減少了8.01 h，年代際變化與秋季具有一致性特征.

3.2突變特征

圖41961-2013年盤龍河流域年和各季日照時(shí)數(shù)突變檢驗(yàn)

Fig.4Annual and seasonal sunshine duration mutation test in Panlong River basin from 1961 to 2013

利用M-K突變檢測法對(duì)各氣候要素進(jìn)行突變檢測，若正序列UFk曲線和逆序列UBk曲線交于一點(diǎn)，并且該點(diǎn)在臨界線之間，則該點(diǎn)對(duì)應(yīng)點(diǎn)即為突變點(diǎn)，UFk>0表明序列呈上升趨勢，UFk<0則表明呈下降趨勢，當(dāng)它們超過臨界線時(shí)，表明上升或下降顯著[13-14].從圖4可以得知年日照時(shí)數(shù)在正序列UF與逆序列UB之間有多個(gè)交點(diǎn)，但未突破α=0.05的臨界線±1.96.因此年日照時(shí)數(shù)沒有發(fā)生突變.春季在正序列UF與逆序列UB之間多次較于一點(diǎn)，UF<0的年份占整個(gè)時(shí)段的一半以上，并于2011年突破-1.96(α=0.05)的臨界線，這說明春季發(fā)生顯著的突變性減少，結(jié)合滑動(dòng)檢驗(yàn)得知1994年為其真正突變點(diǎn).夏季在正序列UF與逆序列UB之間也多次交于一點(diǎn)，1993年以前UF呈波動(dòng)增加趨勢，之后呈波動(dòng)減少趨勢，并于1993-1994年突破1.96(α=0.05)的臨界線，結(jié)合滑動(dòng)t檢驗(yàn)得知1981年為夏季日照時(shí)數(shù)由少到多的突變點(diǎn).秋季在正序列UF與逆序列UB之間仍有多個(gè)交點(diǎn)，1991年以前UF呈波動(dòng)減少趨勢，之后呈波動(dòng)增加趨勢，并于2001年、2004-2010年突破1.96(α=0.05)的臨界線，這說明秋季突變增加顯著，結(jié)合滑動(dòng)t檢驗(yàn)得知1979年為秋季日照時(shí)數(shù)突變點(diǎn).冬季在正序列UF與逆序列UB之間于1961年交于一點(diǎn)，UF曲線在1961-1979年呈波動(dòng)增加，1979-1985年呈波動(dòng)減少趨勢，1985-2013年基本平穩(wěn)，并于1966年、1974-1977年、1979年突破1.96(α=0.05)的臨界線，但交點(diǎn)位于端點(diǎn)處，一般不可取，因此冬季沒有發(fā)生突變.

3.3變化周期分析

圖51961-2013年盤龍河流域年和各季日照時(shí)數(shù)突變檢驗(yàn)

Fig.5Annual and seasonal sunshine duration mutation test in Panlong River basin from 1961 to 2013

總的來看，年日照時(shí)數(shù)周期變化存在9～11年左右的年際變化尺度，27～30年和45～47年左右的年代際變化規(guī)律(圖5a).小波系數(shù)模的平方等值線圖(圖5b)表明，27～30年左右時(shí)間尺度的能量最強(qiáng)、周期最顯著，主要發(fā)生在1960年代后期，1980年代后期和21世紀(jì)前期；小波變換系數(shù)等值線圖(圖5c)表明，年日照時(shí)數(shù)主要以28年左右的周期相位變化最顯著，存在2個(gè)偏多和1個(gè)偏少期，1961-1978年左右和2000-2010年左右處于偏多期，1979-1999年左右處于偏少期，此外，還存在5～8年的年際和45～50年的年代際變化周期.小波方差圖(圖5d)顯示，年日照時(shí)數(shù)存在明顯的3個(gè)峰值，依次對(duì)應(yīng)著10年、28年、46年的時(shí)間尺度，其中28年年代際尺度對(duì)應(yīng)峰值最大，震蕩最強(qiáng)，為年日照時(shí)數(shù)第一主周期，10年年際尺度對(duì)應(yīng)第二峰值，為第二主周期，46年為年代際尺度為第三周期.春季日照時(shí)數(shù)(圖略)存在明顯的三個(gè)峰值，分別是11年、28年、47年，其中28年年代際尺度對(duì)應(yīng)峰值最大，為春季日照時(shí)數(shù)第一主周期，11年和47年為第二、三周期.夏季日照時(shí)數(shù)與春季日照存在一致的周期變化，主周期為28年，11年和47年為第二、三周期.秋季日照時(shí)數(shù)變化周期分別為8年、27年和43年，其中27年年代際變化周期對(duì)應(yīng)峰值最大，震蕩最強(qiáng)，為第一主周期，其次是8年的年際和43年年代際變化為第二、三周期.冬季日照時(shí)數(shù)存在10年、27年、46年周期變化，其中27年的年代際變化周期峰值最大，震蕩最強(qiáng)，為冬季日照時(shí)數(shù)第一主周期，10年、46年變化周期為冬季日照時(shí)數(shù)第二、三周期.

3.4相關(guān)性分析

前人研究表明，云量[7]和風(fēng)速[19-22]是影響日照時(shí)數(shù)的主要因素，此外，還與氣溫、降水、大氣氣溶膠濃度的增加等自然和人為因素有關(guān)[9,23].影響日照時(shí)數(shù)變化的因素并非單一，有地理位置、大氣環(huán)流、地形和下墊面性質(zhì)等.

為了分析影響盤龍河流域日照時(shí)數(shù)變化的原因，將盤龍河流域日照時(shí)數(shù)與年平均氣溫、降水量、蒸發(fā)量和相對(duì)濕度進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明年和各季日照時(shí)數(shù)與蒸發(fā)量呈顯著的正相關(guān)性，與年平均氣溫呈低度或顯著正相關(guān)，與降水量和相對(duì)濕度相關(guān)性不明顯(表2).結(jié)合表3可知年和各季氣溫呈上升趨勢，降水量除冬季外，均呈增加趨勢，相對(duì)濕度和蒸發(fā)量呈下降趨勢，從而可知日照時(shí)數(shù)的增加可能與氣溫的上升有密切的關(guān)系.

表2　1961-2013年盤龍河流域日照時(shí)數(shù)與常規(guī)氣候要素的相關(guān)分析

注：相關(guān)系數(shù)法中*表示α<0.05，**表示α<0.01.

表3　1961-2013年盤龍河流域常規(guī)氣候要素傾向率

4結(jié)論

盤龍河流域年日照時(shí)數(shù)呈增加趨勢，傾向率為7.44 h/10a，53年來日照時(shí)數(shù)增加了39.4 h，各季變化有所不同，春、冬季呈減少趨勢，夏、秋季呈增加趨勢，尤以秋季的增加對(duì)年日照時(shí)數(shù)的增加貢獻(xiàn)最大.

年和冬季日照時(shí)數(shù)未發(fā)生突變，春季呈顯著的突變減少趨勢，夏、秋季呈顯著的突變增加趨勢，夏(1981年)、秋季(1979年)日照時(shí)數(shù)突變年份十分接近，而春季相對(duì)滯后(1994年).

年和各季日照時(shí)數(shù)存在27～28年、43年、46～47年年代際變化周期以及8年、10～11年的年際變化周期.

年日照時(shí)數(shù)與年均溫和年蒸發(fā)量呈正相關(guān)，年均溫的顯著升高可能是影響日照時(shí)數(shù)增加的主要原因之一.

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An Analysis of the Sunshine Duration Variation Characteristics

from 1961 to 2013 in Panlong River Basin of Yunnan Province

WANG Ping1, CHENG Qing-ping1,2, WANG Cong3, HUO Guo-yong4

(1.School of Tourism and Geographical Sciences,Yunnan Normal University,Kunming 650500,China;

2.College of Geographical Sciences,Fujian Normal University,Fuzhou 350007,China;

3.Zhaotong Hydrology and Water Resource Bureau of Yunnan Province,Zhaotong 657000,China;

4.Ma Lipo County Forestry Bureau of Yunnan Province,Ma Lipo 663600,China)

Abstract:In order to use the light resources of Panlong River basin reasonably,the change of annual and seasonal sunshine duration characteristics from 1961 to 2013 in Ma Lipo was analyzed.The results showed that the annual sunshine duration increased in Panlong River basin,and the tendency rate was 7.44 h/10a and in recent 53 a have increased 39.4 h.But the seasonal change were different,spring(-4.04 h/10a)and winter(-1.513 h/10a)showed a trend of decrease,however,summer(6.612 h/10a)and autumn(6.78 h/10a)showed a trend of increase.Spring,summer,autumn mutation points in 1994,1981,1979 respectively.Annual,spring,summer, autumn and winter sunshine duration respectively 28 a、28 a、28 a、27 a、27 a main cycle.The marked increase in the temperature of the possible reasons for the increase in the annual sunshine duration.

Keywords:Panlong River basin; Sunshine duration; Variation characteristics

中圖分類號(hào)：S161.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-9793(2015)06-0053-07

作者簡介：王平(1965-)，男，云南昭通人，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事區(qū)域自然地理和自然環(huán)境保護(hù)方面研究.通信作者：王平.E-mail:ynwangping@163.com.

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41261007).

收稿日期：*2015-07-31