1981—2015年陽春市日照時數(shù)變化特征

陳時東 陳丹彤 李惠清

摘要利用陽春國家氣象觀測站1981—2015年日照時數(shù)資料，采用線性傾向估計、累積距平、M-K突變檢驗、滑動t檢驗、小波分析等方法，分析了近35年陽春市日照時數(shù)的變化特征。結(jié)果表明，近35年陽春市年日照時數(shù)總體呈減少趨勢，減少幅度為32.7 h/10 a，其中夏、秋、冬季均呈減少趨勢，而春季日照時數(shù)則無明顯變化趨勢；日照時數(shù)年變化主要呈一峰一谷型，峰值出現(xiàn)在夏季，谷值出現(xiàn)在春季；年日照時數(shù)在時間序列上存在明顯的突變，突變現(xiàn)象主要發(fā)生在2004年；近35年日照時數(shù)變化主要存在16.0、4.0、2.5年的準(zhǔn)周期振蕩。

關(guān)鍵詞日照時數(shù)；變化特征；陽春市

中圖分類號S161.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）16-0170-03

Change Characteristics of Sunshine Hours in Yangchun City from 1981 to 2015

CHEN Shidong，CHEN Dantong，LI Huiqing

（Yangchun City Meteorological Bureau，Yangchun，Guangdong 529600）

AbstractUsing the data of sunshine hours in Yangchun national meteorological observatory from 1981 to 2015，the change characteristics of sunshine hours in Yangchun City in recent 35 years were analyzed by linear inclination estimation， cumulative anomaly， MK mutation test， sliding t test and wavelet analysis.The results showed that the annual sunshine hours in Yangchun City showed a decreasing trend of about 32.7 h/10 a in the last 35 years， and the summer， autumn and winter showed a decreasing trend， while the sunshine hours in spring was no significant change trend.The annual variation of sunshine hours was mainly peakvalley type，the peak appeared in the summer， the valley appeared in the spring.There were obvious mutations in the time series of the sunshine hours， and the mutation occurred mainly in 2004.The change of sunshine hours in the past 35 years was mainly 16.0， 4.0 and 2.5 years of quasiperiodic oscillation.

Key wordsSunshine hours；Change characteristics；Yangchun city

作者簡介陳時東（1988—），男，廣西梧州人，助理工程師，從事縣級綜合氣象業(yè)務(wù)工作。

收稿日期2017-04-14

太陽輻射是農(nóng)作物生長發(fā)育不可缺少的條件，也是可供人類開發(fā)利用的可再生資源，其變化對人類生產(chǎn)生活有重要影響。而日照是太陽輻射最直觀的表現(xiàn)，研究了解日照時數(shù)的變化規(guī)律，對于指導(dǎo)合理布局農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)、客觀評價氣候資源狀況等均具有重要的現(xiàn)實意義[1-5]。近年來，不少學(xué)者對不同地區(qū)日照時數(shù)的變化特征進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，我國絕大部分地區(qū)日照時數(shù)總量呈減少的趨勢[6-10]，且廣東地區(qū)年日照時數(shù)整體上呈自南向北減少的分布特點[11-12]。陽春市位于廣東省西南部，屬亞熱帶氣候，以山地和丘陵為主，全市形成了優(yōu)質(zhì)稻、馬水桔、春砂仁、蔬菜、花卉苗木、水產(chǎn)養(yǎng)殖等特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。

筆者利用1981—2015年陽春國家氣象觀測站日照時數(shù)資料，采用線性傾向估計、累積距平、M-K突變檢驗、滑動t檢驗、小波分析等方法，對近35年陽春市日照時數(shù)的變化特征進(jìn)行分析，旨在為指導(dǎo)該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與太陽能資源合理利用提供依據(jù)。

1資料與方法

1.1資料來源

所用資料為1981—2015年陽春市國家氣象觀測站的逐月日照時數(shù)。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）。

1.2分析方法

1.2.1線性傾向估計方法。

用xi表示序列長度為n的某一氣候變量，用ti表示xi所對應(yīng)的時間，建立xi與ti之間的一元線性回歸方程：

xi=a+bti （=1，2，…，n）

式中，a為方程的截距，b為斜率，b×10稱為氣候傾向率。求出相關(guān)系數(shù)并進(jìn)行顯著性檢驗，用于判斷變化趨勢的程度是否顯著[13]。

1.2.2累積距平。

對于序列x，其某一時刻t的累積距平表示為：

xi=ti=1（xi-）

式中，為整個序列平均值；t≤n，n為序列長度。累積距平曲線呈上升趨勢，表示有正距平值；呈下降趨勢，則表示有負(fù)距平值。從曲線明顯的上下起伏還可以診斷出發(fā)生突變的大致時間[13]。

1.2.3Mann-Kendall突變檢驗。

M-K突變檢驗為非參數(shù)檢驗方法，其優(yōu)點是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，能客觀地表征樣本序列的整體變化趨勢。采用其對要素進(jìn)行突變分析時，給定顯著水平α=0.05，確定臨界值U0.05=±1.96，計算并繪出UF和UB曲線。若UF>0，表明序列呈上升趨勢；UF<0則表明序列呈下降趨勢。若UF和UB 2條曲線出現(xiàn)交點，且交點在臨界線之間，那么交點對應(yīng)的時刻可能是突變開始的時間。為了進(jìn)一步驗證突變點的真?zhèn)?，同時利用滑動t檢驗法對其進(jìn)行信度檢驗[13]。

1.2.4小波功率譜分析。

Morlet小波分析具有時-頻多分辨功能，它能較清晰地揭示出隱藏在時間序列中的多種變化周期。利用小波能量譜圖，分析要素不同周期的振蕩能量；而小波方差圖則反映要素時間序列的波動能量隨時間尺度的分布情況，可用來確定要素變化過程中存在的主周期[13]。

2結(jié)果與分析

2.1日照時數(shù)年變化特征

從圖1a可看出，1981—2015年陽春市年平均日照時數(shù)為1 697.7 h，最高值出現(xiàn)在1999年，為1 967.9 h；最低值出現(xiàn)在2010年，為1 439.5 h。近35年陽春市年日照時數(shù)總體呈減少趨勢，減小幅度為32.7 h/10 a，未通過α=0.10的顯著性檢驗。由逐年累積距平變化曲線（圖1b）可知，1995、2004年為主要轉(zhuǎn)折年，1995—2004年日照時數(shù)基本高于35年平均水平，2004年之后則基本低于35年平均水平。

2.2日照時數(shù)季變化特征

從圖2可看出，1981—2015年陽春市季日照時數(shù)以夏季最多（546.1 h），春季最少（282.9 h），秋季和冬季居中（分別為531.3和337.3 h）。近35年春季日照時數(shù)呈增加趨勢，但氣候傾向率僅為0.8 h/10 a，而夏、秋、冬季的日照時數(shù)均呈減小趨勢，氣候傾向率分別為-11.1、-13.4、-9.0 h/10 a，但均沒有通過α=0.10的顯著性檢驗，表明各季節(jié)日照時數(shù)變化趨勢不明顯。從各季節(jié)日照時數(shù)變化可知，年日照時數(shù)的減少主要發(fā)生在夏、秋、冬季。從各季節(jié)日照時數(shù)距平值可知，1994—2004年春季日照時數(shù)幾乎均屬于偏高狀態(tài)，其余年份多為偏低狀態(tài)，在1984、1992年顯著偏低；夏季日照時數(shù)在2001—2013年總體為偏低，1994、2005、2006、2008、2010年顯著偏低；秋季日照時數(shù)在1981、1987、2002、2015年顯著偏低，且近10年幾乎均處于偏低狀態(tài)，其余年份多為偏高狀態(tài)；冬季日照時數(shù)大致以2～3年為周期呈交替變化的特點較明顯，在2005、2012年顯著偏低。

2.3日照時數(shù)月變化特征

由圖3可知，近35年陽春市日照時數(shù)逐月分布主要呈一峰一谷型，峰值出現(xiàn)在7月，為204.2 h，谷值出現(xiàn)在3月，僅為60.8 h。陽春市月平均日照時數(shù)為141.5 h，1—5月各月日照時數(shù)均低于月平均水平，其總?cè)照諘r數(shù)不到年總?cè)照諘r數(shù)的30%，而6—12月各月日照時數(shù)則高于月平均水平，超過年總?cè)照諘r數(shù)的70%。

2.4日照時數(shù)的突變分析

由圖4可知，近35年陽春市日照時數(shù)1985、1990、2004、2005和2014年附近可能發(fā)生突變，而UF線和UB線均在信度線內(nèi)，說明1981—2015年陽春市逐年日照時數(shù)增加或減少的幅度較小。采用滑動t檢驗法（MTT法）對其突變結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步驗證，因2014年位于時間序列倒數(shù)第2年，無法進(jìn)行MTT檢驗，難以判斷其是否為突變年，故不認(rèn)為2014年是突變點。由表1可知，當(dāng)滑動步長（n）為5時，2004年的突變點通過了α=0.10的顯著性檢驗；n=6、7時，其通過了α=0.05的顯著性檢驗；其余可能突變點均沒有通過顯著性檢驗。因此，可以判定近35年來陽春市年日照時數(shù)在2004年發(fā)生了突變。

2.5日照時數(shù)的周期分析

為了解1981—2015年陽春市逐年日照時數(shù)變化的主要周期和強度變化，對其進(jìn)行小波功率譜分析，得到其小波能量譜（圖 5a）和小波方差圖（圖 5b）。由圖5a可知，3—6年時間尺度的能量最強、周期最顯著，但其變化周期具有局部性（1996—2007年）；而16～22年時間尺度的能量也較強，且占據(jù)整個研究時域（1981—2015年）。由圖 5b可知，小波方差估計值的最大峰值對應(yīng)16年的周期，次峰值對應(yīng)4年的周期，且16年周期通過了α=0.10的紅噪聲檢驗，周期振蕩顯著，此外還存在較明顯的準(zhǔn)2.5年的周期。綜上所述，近35年陽春市年日照時數(shù)變化主要存在16.0、4.0、2.5年的準(zhǔn)周期振蕩。

3結(jié)論

（1）近35年來陽春市年日照時數(shù)總體呈減少趨勢，減少幅度約為32.7 h/10 a，其中夏、秋、冬季均呈減少趨勢，減少幅度分別為11.1、13.4、9.0 h/10 a，而春季日照時數(shù)則無明顯變化趨勢。日照時數(shù)年變化主要呈一峰一谷型，峰值出現(xiàn)在夏季，谷值出現(xiàn)在春季。

（2）近35年來陽春市年日照時數(shù)在時間序列上存在明顯突變，突變現(xiàn)象主要發(fā)生在2004年。

（3）近35年來陽春市日照時數(shù)變化主要存在16.0、4.0、2.5年的準(zhǔn)周期振蕩。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐國平，李秀彬.氣候變化對中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響[J].地理學(xué)報，2000，55（2）：129-137.

[2] 杜紅，杜峰.石河子墾區(qū)日照時數(shù)變化及對農(nóng)作物的影響[J].沙漠與綠洲氣象，2011，5（1）：49-52.

[3] 徐婷，安娟，王鵬.近55年遼陽市日照時數(shù)變化及對農(nóng)業(yè)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（20）：12350-12352.

[4] 關(guān)磊，邱繼玲，尚新梅，等.日照時數(shù)變化特征及其對農(nóng)業(yè)的影響[J].中國農(nóng)業(yè)信息，2015（9）：90.

[5] 曹?，B，曹海鑫，田奉俊，等.日照時數(shù)與水稻產(chǎn)量性狀的相關(guān)分析[J].安徽農(nóng)學(xué)通報，2012，18（19）：48-49.

[6] 李慧群，付遵濤，聞新宇，等.中國地區(qū)日照時數(shù)近50年來的變化特征[J].氣候與環(huán)境研究，2013，18（2）：203-209.

[7] 葉瑜，蘇永秀，李政，等.近50年廣西日照時數(shù)時空變化特征分析[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2013（14）：196-201.

[8]

彭云峰，王瓊.近50年福建省日照時數(shù)的變化特征及其影響因素[J].中國農(nóng)業(yè)氣象，2011（3）：350-355.

[9] 丁麗佳，鄭有飛，王春林，等.粵東地區(qū)近52年日照時數(shù)的氣候變化特征分析[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2011，27（1）：175-181.

[10] 陳潔雯，郭圳勉，許沛林.佛岡縣1957～2011年日照變化特征[J].廣東氣象，2012，34（5）：19-21.

[11] 伍紅雨，杜堯東，潘蔚娟.近48年華南日照時數(shù)的變化特征[J].中山大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，50（6）：120-124，129.

[12] 林良勛，馮業(yè)榮，黃忠，等.廣東預(yù)報員技術(shù)手冊[M].北京：氣象出版社，2006.

[13] 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預(yù)測技術(shù)[M].北京：氣象出版社，2007.