哈密地區(qū)近54 a日照時數(shù)的變化特征及其影響因素

楊艷玲，秦　榕，盧新玉，楊紅艷，何亞平

哈密地區(qū)近54 a日照時數(shù)的變化特征及其影響因素

楊艷玲1，秦榕2*，盧新玉3，楊紅艷4，何亞平2

（1.哈密地區(qū)氣象局，新疆哈密839000；2.新疆氣象信息中心，新疆烏魯木齊830002；3.新疆氣象臺，新疆烏魯木齊830002，4.鄯善縣氣象局，新疆吐魯番838000）

以新疆哈密地區(qū)1961—2014年6個氣象觀測站地面氣象觀測資料為依據(jù)，利用線性趨勢分析、相關(guān)性分析、M-K突變檢驗分析等方法，對哈密地區(qū)近54 a四季及年平均日照時數(shù)的變化趨勢、異常年份、突變檢驗及影響因子進行分析，得出以下結(jié)論：近54 a哈密地區(qū)春季與年平均日照時數(shù)均呈增加趨勢，而夏、秋、冬季變化比較平穩(wěn)；年日照時數(shù)異常偏少出現(xiàn)在1998年，但從未出現(xiàn)過異常偏多年；年、秋季和冬季日照時數(shù)在近54 a中沒有發(fā)生突變。春季日照時數(shù)在2004年發(fā)生了突變，夏季日照時數(shù)在1973年發(fā)生了突變；年日照時數(shù)增加與低云量的減少關(guān)系密切。

日照時數(shù)；氣候傾向率；異常年份；突變；低云量

楊艷玲，秦榕，盧新玉，等.哈密地區(qū)近54 a日照時數(shù)的變化特征及其影響因素[J].沙漠與綠洲氣象，2016，10（3）：72-76.

近百年來以變暖為主要特征的全球氣候變化已成為一個不爭的事實[1]。氣候變化會引起大氣物理結(jié)構(gòu)和化學結(jié)構(gòu)的變化，進而影響到太陽輻射能量的變化。日照時數(shù)是反映太陽輻射強弱的重要氣候指標，同時也是表征氣候變化的氣象要素之一。研究日照時數(shù)的分布規(guī)律，對于合理布局農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、規(guī)劃城市建設(shè)、開發(fā)旅游資源、設(shè)計太陽能電站等具有重要的現(xiàn)實意義。近來，有不少學者對日照時數(shù)的氣候變化進行過研究。文獻[2-9]的研究表明，近50 a來我國日照時數(shù)呈明顯減少趨勢，但各地季節(jié)性趨減幅度差異較大；胡汝驥[10]認為，在全球變暖的氣候背景下，新疆存在著變暖增濕的趨勢，光熱資源變幅增大；杜紅、任泉[11-12]等人研究表明，石河子墾區(qū)、達坂城年日照時數(shù)總體呈增加趨勢。

哈密地區(qū)位于90°60＇~96°23＇E，40°45＇~45°09＇N，東部與甘肅酒泉地區(qū)接壤，南部和西部與巴音郭楞蒙古自治州、吐魯番地區(qū)、昌吉回族自治州毗鄰，北部和東北部隔阿爾泰山余脈與蒙古接壤。哈密地區(qū)地域遼闊，天山山脈從東至西橫貫中部，造成南北低，中部高的地形特點。特殊的自然地理條件形成了哈密兩大不同氣候區(qū)域，既有南疆氣候特點，又有北疆氣候特點：南部光照充足，熱量豐富，干旱少雨；北部降水充沛，氣候溫涼，冷熱變化劇烈。哈密地區(qū)屬典型的溫帶大陸性氣候，整體來說空氣干燥，大氣透明度好，日照充足，年日照時數(shù)3109~3412 h。是全國日照時數(shù)充裕的地區(qū)之一，戈壁、荒漠、沙地等非常適合發(fā)展大規(guī)模光伏電站，也是國家百萬千瓦級光伏發(fā)電試驗基地。但目前對哈密地區(qū)日照變化的研究較少，明顯滯后于該區(qū)域光電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。本文運用氣候診斷分析方法，對哈密地區(qū)近54 a日照時數(shù)的年際、年代際變化等特征進行分析，以揭示其氣候變化特征及其可能影響原因，對于哈密地區(qū)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)合理規(guī)劃、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局有著十分重要的意義。

1　資料與方法

1.1資料來源

本文選用經(jīng)過新疆氣象信息中心審核后的哈密地區(qū)6個氣象站（哈密、巴里坤、伊吾、淖毛湖、紅柳河、十三間房）1961—2014年日照觀測資料。以月資料為基礎(chǔ)，經(jīng)過整理得到春（3—5月）、夏（6—8月）、秋（9—11月）、冬（12—次年2月）和年的日照時數(shù)序列。

1.2分析方法

利用傾向趨勢法，對哈密地區(qū)四季及年日照時數(shù)變化趨勢進行分析；參照世界氣候組織對氣候異常的定義，本文以距平≥標準差的2倍作為異常，標準差的1.5~2倍為接近異常來分析哈密地區(qū)日照時數(shù)的異常特征。采用非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法Mann-Kendall法檢測序列的突變點[13]。

2　結(jié)果與分析

2.1日照時數(shù)趨勢分析

表1給出了1961—2014年哈密地區(qū)日照時數(shù)年與四季的變化趨勢?？梢钥闯?，年、春季、夏季呈正傾向，秋季、冬季呈負傾向，表明近54 a來，年、春季、夏季日照時數(shù)都在增加，而秋季、冬季日照時數(shù)在減少。其中，春季的增加最顯著，相關(guān)系數(shù)通過0.05（r0.05=0.261 6）顯著性水平，并通過了0.01（r0.01= 0.339 5）顯著性水平，增加較快，為9.5 h/10 a；其余均未達到一定的顯著性水平，雖然年、夏季趨于增加，秋季、冬季趨于減少，但趨勢不明顯，尤其是夏季、秋季、冬季變化比較平穩(wěn)。

表1　1961—2014年哈密地區(qū)日照時數(shù)年、四季的變化趨勢（r0.05=0.2616）

從年代際日照時數(shù)值分布特征看（表2），春季1961—1990年日照時數(shù)迅速增加，1991—2000年日照時數(shù)迅速減少，2000年以后日照時數(shù)又迅速增加；夏季1961—1980年日照時數(shù)迅速減少，1981—1990年日照時數(shù)稍有增加，1991—2000年迅速下降，2001—2009年迅速增加，2010年后略有減少；秋季1961—1980年迅速增加，1991—2000年略有減少，2000年后持續(xù)上升。冬季1961—1990年持續(xù)上升，1991—2000年迅速減少，2000年后持續(xù)上升。1961—1990年年平均日照時數(shù)持續(xù)上升，1991— 2000年迅速減少，2000年后迅速增加且持續(xù)上升。

表2　1961—2014年哈密地區(qū)日照時數(shù)年及四季年代際變化

對照各年代四季及年日照時數(shù)變化規(guī)律（圖1）可知：20世紀60—70年代除夏季減少外，春、秋、冬季均為增加，其中春季增加較為明顯，對年（60—70年代）日照量增加起了重要作用；80年代春季、夏季、冬季日照時數(shù)均略增，秋季明顯減少；90年代四季日照時數(shù)均減少，其中春季、夏季日照時數(shù)減少最為顯著，對90年代年日照時數(shù)明顯下降起重要作用；2000年后，除夏季日照時數(shù)在2010年后減少，春季、秋季、冬季均持續(xù)增加，其中春季持續(xù)增加明顯，對年日照時數(shù)2000年的持續(xù)增加起著重要作用。

2.2日照時數(shù)的異常分析

表3是哈密地區(qū)年、季日照時數(shù)的異常年份表。由表3可見，近54 a哈密地區(qū)年、四季日照時數(shù)異常和接近異常偏少年份多發(fā)生在20世紀80年代以后（占總偏少年份的72%），分別出現(xiàn)1 a（年）、5 a（春季）、5 a（夏季）、5 a（秋季）、2a（冬季）；四季日照時數(shù)異常和接近異常偏多年份也多發(fā)生在80年代以后（占總偏多年份的71%），分別出現(xiàn)3 a（年）、4 a（春季）、3 a（夏季）、3 a（秋季）、4 a（冬季）。從年日照時數(shù)來看，變化幅度并不大，在過去54 a年日照時數(shù)只出現(xiàn)1次異常偏少，沒有出現(xiàn)過異常偏多年。

表3　1961—2014年哈密地區(qū)年、季日照時數(shù)的異常年份

圖1　1961—2014年哈密地區(qū)春（a）、夏（b）、秋（c）、冬季（d）及年（e）日照時數(shù)變化趨勢

圖2　1961—2014年哈密地區(qū)年日照時數(shù)M-K檢驗曲線

2.3日照時數(shù)的突變檢驗

2.3.1年日照時數(shù)的突變檢驗

氣候突變是指從一種穩(wěn)定態(tài)（或穩(wěn)定持續(xù)的變化趨勢）跳躍式地轉(zhuǎn)變到另一種穩(wěn)定態(tài)（或穩(wěn)定持續(xù)的變化趨勢）的現(xiàn)象，它表現(xiàn)為氣候在時空上從一個統(tǒng)計特性到另一個統(tǒng)計特性的急劇變化[8]。

由近54 a哈密地區(qū)日照時數(shù)序列的M-K檢測可以看出（圖2），其正序特征曲線UF在20世紀60年代有逐漸增加的趨勢，70年代到21世紀初年日照時數(shù)呈波動下降的趨勢，2008年以后年日照時數(shù)呈直線上升的趨勢。并和逆序特征曲線UB在0.05的臨界線±1.96之間有3個交點，分別為1962、1973、2008年，但1962年在數(shù)據(jù)序列的端點，一般不可取；而1973年和2008年交點之后UF曲線未突破臨界線±1.96，這說明，近54 a哈密地區(qū)年日照時數(shù)沒有發(fā)生突變。

2.3.2各季日照時數(shù)的突變檢驗

由近54 a哈密地區(qū)四季日照時數(shù)序列的M-K檢測可以看出（圖3），春季：正序列特征曲線UF在20世紀60年代日照時數(shù)較少，70年代以后到21世紀初日照時數(shù)緩慢減少，2004年后日照時數(shù)呈直線增加趨勢。和逆序特征曲線UB于2004年在α=0.05的臨界線±1.96之間有一個交點，之后UF曲線于2008年突破了臨界線1.96，這說明，近54 a哈密地區(qū)春季日照時數(shù)于2004年發(fā)生了突變性的增加。

夏季：正序列特征曲線UF在20世紀60年代日照時數(shù)較多，70年代到90年代末日照時數(shù)呈減少趨勢，2002年以后日照時數(shù)呈增加趨勢。和逆序特征曲線UB在α=0.05的臨界線±1.96之間有兩個交點，分別為1973年和2001年，在1973年之后UF曲線于2000年突破了臨界線-1.96，而2001年之后UF曲線未突破臨界線1.96，這說明，近54 a哈密地區(qū)夏季日照時數(shù)于1973年發(fā)生了突變性的減少。

秋季：正序列特征曲線UF在20世紀60年代到2003年日照時數(shù)呈波動減少趨勢，2003年后日照時數(shù)呈緩慢增加趨勢。和逆序特征曲線UB在α= 0.05的臨界線±1.96之間有3個交點，分別為1962年、1992年和2004年，但1962年在數(shù)據(jù)序列的端點，一般不可?。欢?992年和2004年交點之后UF曲線未突破臨界線±1.96，這說明，近54 a哈密地區(qū)秋季日照時數(shù)沒有發(fā)生突變。

冬季：正序列特征曲線UF在20世紀80年代后期以后日照時數(shù)呈減少趨勢；20世紀80年代后期之前日照時數(shù)呈波動增加趨勢。和逆序特征曲線UB于1987年在α=0.05的臨界線±1.96之間有一個交點，之后UF曲線未突破臨界線-1.96，這說明，近54 a哈密地區(qū)冬季日照時數(shù)沒有發(fā)生突變。

2.4影響日照時數(shù)的主要氣候要素

日照時數(shù)的變化與許多氣象因子有關(guān)，但大量研究表明，云量是影響日照時數(shù)的最主要因素[2，8，14-16]。由此,本文重點分析總、低云量對日照時數(shù)的影響，這里以年平均總、低云量和年日照時數(shù)為例加以說明。

表4是哈密地區(qū)云量的氣候傾向率及日照時數(shù)與云量的相關(guān)系數(shù)列表，由表可以看出，哈密地區(qū)年均總云量的變化呈增加趨勢，而年均低云量呈現(xiàn)減少趨勢。年均總云量的氣候傾向率為1.09成/10a，年均低云量的氣候傾向率為-0.91成/10a，且總、低云量均通過0.01的顯著性檢驗，表明總云量的增加、低云量的減少趨勢是顯著的。從日照時數(shù)與年均總云量、低云量的相關(guān)系數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，哈密地區(qū)年日照時數(shù)與年均總云量、低云量的相關(guān)系數(shù)均為負值即呈負相關(guān)，說明總云量、低云量大的年份日照時數(shù)就小，總云量、低云量小的年份日照時數(shù)相對就大。從表中還可以看出，日照時數(shù)與年均總云量相關(guān)系數(shù)為-0.051，相關(guān)不顯著，而日照時數(shù)與年低云量的相關(guān)系數(shù)為-0.556，通過了0.01的顯著性檢驗(0.01的顯著性檢驗臨界值為0.000)，說明哈密地區(qū)年日照時數(shù)的增加主要與低云量的減少有密切關(guān)系。

表4　哈密地區(qū)云量的氣候傾向率及日照時數(shù)與云量的相關(guān)系數(shù)

圖3　1961—2014年哈密地區(qū)四季日照時數(shù)M-K檢驗曲線

3　結(jié)論

（1）全地區(qū)平均狀態(tài)而言，哈密地區(qū)春季與年日照時數(shù)均呈增加趨勢，增加趨勢春季為9.5 h/10 a，年日照時數(shù)8.3 h/10 a，而夏、秋、冬季變化比較平穩(wěn)。各年代際四季及年日照時數(shù)變化規(guī)律為20世紀60—70年代除夏季減少外，春、秋、冬季均為增加，80年代春季、夏季、冬季日照時數(shù)均略升，秋季明顯減少；90年代四季日照時數(shù)均減少；2000年后，除夏季日照時數(shù)在2010年后減少，春季、秋季、冬季均持續(xù)增加，對年日照時數(shù)2000年的持續(xù)增加起著重要作用。

（2）近54 a哈密地區(qū)年、四季日照時數(shù)異常和接近異常偏少（多）年份多發(fā)生在20世紀80年代以后。年日照時數(shù)在1998年出現(xiàn)異常偏少，為四季日照時數(shù)同步變化造成的。過去54 a年日照時數(shù)未出現(xiàn)過異常偏多年。

（3）近54 a哈密地區(qū)年、四季日照時數(shù)M-K檢驗得知：年、秋季和冬季日照時數(shù)在近54 a中沒有發(fā)生突變。春季日照時數(shù)在2004年發(fā)生了突變，夏季日照時數(shù)在1973年發(fā)生了突變。

（4）近54 a哈密地區(qū)年日照時數(shù)與總云量、低云量均表現(xiàn)為負相關(guān)關(guān)系，年日照時數(shù)的增加主要與低云量的減少有密切關(guān)系。

致謝：感謝王秋香老師對文章的詳細指導。

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Sunshine Hour Change Characteristics and Its Influence Factors in Recent 54 Years of Hami，Xinjiang

YANG Yanling1，QIN Rong2，LU Xinyu3，YANG Hongyan4，HE Yaping2
（1.Hami Meteorological Bureau，Hami 839000，China；2.Xinjiang Meteorological Information Center，Urumqi 830002，China；3.Xinjiang Meteorological Observatory，Urumqi 830002，China；4.Shanshan Meteorological Bureau，Turpan 838000，China）

Based on the sunshine hours observation data of 6 meteorological stations in Hami, Xinjiang during the years 1961-2014,this paper investigated the trends,abnormal years,abrupt change test and influence factors of the sunshine hours of Hami in recent 54 years by the linear trend,correlation analysis and M-K abrupt change test methods.The results showed that the the spring and annual sunshine hours of Hami exhibited an increasing trend over the past 54 years,the changes of summer,autumn,and winter are relatively smooth.The abnormal low sunshine hour amount occurred in 1998,and not occurred by the abnormal high annual sunshine hour amount.The spring sunshine hours occurred abrupt change in 2004,and the summer in 1993.The increase of annual sunshine hours is strongly associated with the decrease of low cloud cover amount.

sunshine hour；climatic trend rate；abnormal year；abrupt change；low cloud cover amount

P468.027

B

1002-0799（2016）03-0072-05

10.3969/j.issn.1002-0799.2016.03.011

2015-11-10；

2016-03-21

國家自然科學基金地區(qū)科學基金項目“新疆建筑氣象參數(shù)的基礎(chǔ)理論與應用研究”（51368059）資助。

楊艷玲（1978-），女，工程師，主要從事氣象短期天氣預報與氣候分析工作。E-mail：xjyyl2009@163.com

秦榕（1961-），女，高級工程師，主要從事氣象數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和數(shù)據(jù)分析工作。E-mail：496287893@qq.com