1966～2015年山東省曹縣日照變化特征分析

王秀麗，竇 坤，高學芹，丁媛媛，任崇勇

(1.山東省曹縣氣象局，山東曹縣 274400；2.山東省菏澤市氣象局，山東菏澤 274000；3.山東省壽光市氣象局，山東壽光 262700)

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1966～2015年山東省曹縣日照變化特征分析

王秀麗1，竇 坤2，高學芹3，丁媛媛2，任崇勇1

(1.山東省曹縣氣象局，山東曹縣 274400；2.山東省菏澤市氣象局，山東菏澤 274000；3.山東省壽光市氣象局，山東壽光 262700)

摘要利用曹縣1966～2015年月日照時數(shù)觀測資料，采用9點二次平滑、累計距平、線性傾向估計、曼-肯德爾檢驗等統(tǒng)計方法，分析了近50 a來曹縣日照時數(shù)的變化特征及影響日照減少的可能氣象因素。結(jié)果表明，近50 a曹縣日照時數(shù)變化與山東省的變化趨勢一致，減少趨勢非常明顯，日照時數(shù)減少幅度為156.59 h/10 a；夏季和秋季減少極明顯，冬季、春季顯著減少；5月份減少趨勢最大。1982年是曹縣日照減少突變的時間點，也是日照時數(shù)由正距平向負距平的轉(zhuǎn)折點。

關鍵詞日照時數(shù)；變化特征；氣象因素；山東省曹縣

日照是重要的氣候因子，也是可供人類開發(fā)利用的一種重要的可再生能源，日照時間的長短對人類的日常生活有直接影響[1]，也是分析氣候變化的重要因素。很多學者對當?shù)厝照兆兓卣鬟M行了很詳細的論述，并取得了一定的研究成果[2-4]，但目前尚未見有關山東省曹縣日照時數(shù)變化特征的系統(tǒng)分析。筆者利用曹縣1966～2015年月日照時數(shù)觀測資料，采用9點二次平滑、累計距平、線性傾向估計、曼-肯德爾檢驗等統(tǒng)計方法，分析了近50 a來曹縣日照時數(shù)的變化特征及影響日照減少的可能氣象因素，以期為合理利用太陽能和指導農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供科學依據(jù)。

1資料與方法

1.1資料選取選用1966～2015年曹縣國家一般氣象站日照時數(shù)資料進行統(tǒng)計分析，從年、季、月等方面對曹縣近50 a日照時數(shù)變化特征進行分析，其中季節(jié)劃分為春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)、冬季(12月～次年2月)。多年平均值為1966～2015年平均值。

1.2分析方法

1.2.19點二次平滑。對時間序列作9點二次平滑，可以克服滑動平均消弱過多波幅，更能直觀展示出日照時數(shù)變化趨勢。

1.2.2線性傾向估計。用線性傾向估計分析氣象要素隨時間變化趨勢及大小[5]。即以時間t作為自變量，以日照時數(shù)x為因變量，建立一元線性回歸方程xi=a+bti(i=1，2，…，50)，其中，a為回歸常數(shù)，b為回歸系數(shù)，a、b用最小二乘法進行估計；b×10稱為氣候傾向率。當氣候回歸系數(shù)b為正數(shù)時，表示序列隨時間變化日照時數(shù)呈增加趨勢，反之表示日照時數(shù)呈減少趨勢。相關系數(shù)r表示變量x與時間t之間線性相關的密切程度。|r|越接近于0，x與t之間的線性相關越小。|r|越大，x與t之間的線性相關越大，要判斷變化趨勢是否顯著就要對氣候傾向進行顯著性檢驗，給定顯著性水平α，若|r|≥rα，表示變化趨勢顯著，否則變化趨勢不顯著。

1.2.3累計距平。累計距平是由曲線直觀判斷變化趨勢的方法，可以分析長期演變趨勢及持續(xù)性變化。累計距平曲線呈上升趨勢，表示距平值增加，呈下降趨勢則表示距平值減小，還可以診斷出發(fā)生突變的大致時間。

2結(jié)果與分析

2.1日照時數(shù)變化特征

2.1.1年代際變化。近50 a曹縣年平均日照時數(shù)為2 301.0 h。從圖1可以看出，近50 a日照時數(shù)呈減少趨勢，且減少趨勢非常明顯，減幅為156.59 h/10 a，通過了α=0.001的顯著性檢驗，大于菏澤日照時數(shù)減少速率(121.66 h/10 a)[4]，約是全國日照時數(shù)減少速率(37.60 h/10 a)[3]的4倍。從近50 a年極值來看，曹縣年日照時數(shù)最多出現(xiàn)在1967年，為2 816.9 h;年日照時數(shù)最少出現(xiàn)在2003年，為1 830.6 h;兩者相差986.3 h。按年代際分析，1966～1970年比50 a平均值偏多449.3 h，1971～1980年偏多213.5 h，1981～1990年偏多11.8 h，1991～2000年偏少170.3 h，2001～2010年偏少248.7 h，2011～2015年偏少228.8 h，1966～1983年均超過50 a平均值，1984～2015年除1986～1988年外均低于50 a平均值。

圖1　1966～2015年曹縣日照時數(shù)年變化Fig.1　The annual variation of sunshine hours in Caoxian County during 1966-2015

2.1.2季變化。近50 a來曹縣日照時數(shù)一年四季變化趨勢均減少。春季日照時數(shù)占全年日照時數(shù)的28.3%，春季日照時數(shù)平均值為652.4 h，變化趨勢為-20.43 h/10 a，最大值出現(xiàn)在1967年，為654.5 h，最小值出現(xiàn)在2001年，為267.2 h；夏季日照時數(shù)占全年日照時數(shù)的28.3%，夏季日照時數(shù)平均值為650.4 h，變化趨勢為-61.09 h/10 a，最大值出現(xiàn)在1969年，為881.5 h，最小值出現(xiàn)在2007年，為422.8 h；秋季日照時數(shù)占全年日照時數(shù)的23.7%，秋季日照時數(shù)平均值為544.3 h，變化趨勢為-43.76 h/10 a，最大值出現(xiàn)在1966年，為719.2 h，最小值出現(xiàn)在2011年，為337.7 h；冬季日照時數(shù)占全年日照時數(shù)的19.7%，冬季日照時數(shù)平均值為454.2 h，變化趨勢為-31.31 h/10a，最大值出現(xiàn)在1967年，為654.5 h，最小值出現(xiàn)在2001年，為267.2 h。春季是全年日照時數(shù)最多的季節(jié)，全年中日照時數(shù)最少的季節(jié)為冬季。從顯著性檢驗看，春、夏、秋、冬四季均通過α=0.01的顯著性檢驗，說明4個季節(jié)日照時數(shù)的減少趨勢均極為顯著。

2.1.3月變化。從表1可以看出，50 a來曹縣月平均日照時數(shù)最大值出現(xiàn)在5月，為241.9 h，其次是6月的233.3 h；2月份日照時數(shù)最少，為148.8 h，1月次之，為152.0 h。1～12月氣候傾向率變化范圍為-21.14 ～-5.06 h/10 a，一年中各月份均呈減少趨勢，其中8月份減少趨勢最明顯，氣候傾向率為-21.14 h/10 a，其次為7月份(-19.99 h/10 a)，各月均通過一定的顯著性檢驗，減少趨勢非常明顯。

2.2年日照時數(shù)的突變檢驗采用累計距平對1966～2015年曹縣日照時數(shù)進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1966～1982年曹縣日照時數(shù)處于偏多階段，年日照時數(shù)以正距平為主；1983～2015年累計距平呈下降趨勢，即1982年之后曹縣日照時數(shù)處于偏少階段，年日照時數(shù)以負距平為主。給定α=0.05(Uα= ±1.96)的顯著性標準，用M-K檢驗法分析近50 a曹縣年日照時數(shù)序列(圖2)可見，UF和UB 2條曲線的交點在1982年，但交點處均已突破臨界值。計算信噪比值發(fā)現(xiàn)，1982年信噪比值最大，為1.56，由此可以診斷曹縣日照時數(shù)發(fā)生突變的大致時間是1982年前后。發(fā)生突變前后2段的均值相差458.0 h。

表11966～2015年曹縣各月日照時數(shù)及其氣候傾向率

Table 1The monthly sunshine hours and climate tendency rate in Caoxian County during 1966-2015

月份Month日照時數(shù)Sunshinehours∥h平均值Mean最大值Maximumvalue最小值Minimumvalue氣候傾向率Climatetendencyrate∥h/10a1152.0231.477.3-11.192148.8251.685.6-9.453192.2262.9124.7-5.064218.3278.6157.2-5.535241.9310.2150.9-9.846233.3320.0155.9-19.907207.4303.494.8-19.998209.7316.6113.6-21.149186.9261.997.7-16.8010192.5291.5104.3-14.3311164.9251.849.8-12.5812153.5269.155.2-10.67

注：2條虛線表示顯著水平α=0.05的臨界值(U=±1.96)。Note：Two dotted lines stand for critical value of significant level α=0.05.圖2　1966～2015年曹縣日照時數(shù)M-K突變檢驗Fig.2　M-K mutation test of sunshine hours in Caoxian County during 1966-2015

2.3影響日照時數(shù)的氣象要素影響日照時數(shù)的氣象因素很多，主要有探測環(huán)境、云量、降水日數(shù)、視程障礙現(xiàn)象等。分析曹縣近50 a氣候資料，曹縣降水日數(shù)也呈逐年增加的變化趨勢，降水日數(shù)的增多使得日照時數(shù)減少。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展以及受生態(tài)環(huán)境破壞的影響，空氣中的氣溶膠增加，從而增強了大氣對太陽光的反射和吸收，使太陽輻射減小、日照時數(shù)下降，因此大氣污染是直接或間接影響日照時數(shù)減少的主要原因。

3結(jié)論

(1)近50 a來，曹縣日照時數(shù)呈極顯著減少趨勢，其變化傾向率為-156.59 h/10 a，通過了α=0.001的顯著性檢驗;四季日照時數(shù)均呈減少趨勢，夏季減少趨勢最顯著。

(2)運用M-K法對近50 a來曹縣年日照時數(shù)進行突變分析，發(fā)現(xiàn)從20世紀60年代以來年日照時數(shù)呈減少趨勢，在1982年發(fā)生了突變，之后日照時數(shù)逐漸減少。

參考文獻

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Analysis on Sunshine Variation Characteristics of Caoxian County in Shandong Province during 1966-2015

WANG Xiu-li1, DOU Kun2, GAO Xue-qin3et a

(1. Caoxian Meteorological Bureau, Caoxian, Shandong 274400; 2. Heze Meteorological Bureau, Heze, Shandong 274000; 3. Shouguang Meteorological Bureau, Shouguang, Shandong 262700)

AbstractBy using monthly sunshine hours data in Caoxian County during 1966-2015, adopting statistical methods such as 9 secondary smooth, cumulative anomaly, linear tendency estimation, Mann Kendall test, the variation characteristics of sunshine hours in Caoxian in recent 50 years and possible meteorological factors affecting sunshine reduction were analyzed. The results showed that the change of sunshine duration in Caoxian in recent 50 years was the same as that in Shandong Province, the decline tendency was obvious as 156.59 h/10 a; the reduction was extremely significant in summer and autumn, and was significant in winter and spring; the reduction tendency was maximum in May. The year of 1982 was the time point of reduction mutation of sunshine hours in Caoxian, and it was also the turning point from positive anomaly to negative anomaly.

Key wordsSunshine hours; Variation characteristics; Meteorological factors; Caoxian County in Shandong Province

作者簡介王秀麗(1978- )，女，山東安丘人，工程師，從事綜合業(yè)務觀測工作。

收稿日期2016-03-08

中圖分類號S 161.1

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)10-212-02