葫蘆島市近48年日照變化及突變分析

廖晶晶，張鳳鳴

(1.葫蘆島市氣象局，遼寧 葫蘆島 125000； 2.朝陽市氣象局，遼寧 朝陽 122000)

1 資料與方法

1.1 資料

本研究以葫蘆島地區(qū)1964—2011年月平均日照、各季節(jié)平均日照和逐年平均日照相關(guān)資料為理論基礎(chǔ)，一年四季劃分標準如下：春季(3—5月)、夏季(6—8月)、秋季(9—11月)、冬季(12—2月)。

1.2 方法

1.2.1 線性傾向估計

在對氣象要素資料序列進行趨勢分析時，最常用的方法是線性傾向估計法[1-2]。在這種方法中，用yi表示n個樣本在階段內(nèi)的氣候變量，而xi就代表研究觀察的時間，利用上述理論可以建立xi與ti之間的一元線性回歸：

yi=a+bxi，i=1，2，…，n。

b在該線性回歸中表示氣候變量y在階段內(nèi)的變化走向，如果b>0，就表示時間x與y之間存在正比關(guān)系，b又可以被稱為趨勢變化率，它的得出途徑是最小二乘法，即10b表示氣候變化率，其單位為：h·10 a-1。此時還可以通過計算得出r值，并將其結(jié)果進行顯著性檢驗。

1.2.2 累積距平法

累積距平[2]是利用目標曲線形態(tài)觀察變化趨勢及其走向的一種方法。序列x在某時刻的累積距平的表示方法:

本文利用累積距平圖觀察階段內(nèi)目標數(shù)值的變化趨勢及其未來走向，累積距平曲線呈上升狀態(tài)時，我們可認為氣象要素偏高(多)，而曲線呈下降狀態(tài)時則表示此時的氣象要素偏低(少)。

1.2.3 Mann-Kendall法

Mann-Kendall法(簡稱為M-K法)是用途極廣的一種突變檢驗法，其主要用于氣候和徑流趨勢突變分析，利用這種方法得出的分析結(jié)果精度極高，算法簡便，并且可以明確突變開始的時間，其具體算法如下：

將樣本量為n的時間序列利用該分析法構(gòu)造成一秩序列Sk：

式中，Sk是表示時刻i大于時刻j時刻個數(shù)的累計總數(shù)，假設(shè)時間序列為獨立且隨機的定量，此時定義統(tǒng)計值UFk：

其中UF=0，E(Sk)和var(Sk)表示Sk階段內(nèi)的平均值和方差，所有的UF值可組成一條顯示其變化走向和趨勢的UF曲線，本研究利用M-K法可同時得出2個準確時間點，即時間序列的突變初始時間和上升下降趨勢明顯發(fā)生變化的時間。

2 日照的年、季變化特征

2.1 年代際變化

由圖1得出，葫蘆島市區(qū)年代間日照時數(shù)變化顯著。日照時數(shù)從20世紀60年代開始呈現(xiàn)下降趨勢，而60年代期平均日照時數(shù)的最大值為2 870.5 h，60年代至80年代的平均日照時數(shù)則逐漸減少，90年代該數(shù)值略有上浮，2001—2011年的平均日照時數(shù)達到史上最低點(2 504.7 h)。

2.2 年平均日照變化特征

葫蘆島市區(qū)48年平均日照時數(shù)為2 621.5 h。圖2顯示，葫蘆島在近48年間的市區(qū)日照時數(shù)呈現(xiàn)總體下降趨勢，氣象傾向率為-85.6 h·a-1，減少趨勢符合0.001顯著性檢驗的要求?？傮w上，60年代到70年代的葫蘆島市區(qū)日照時數(shù)最多，80年代大幅減少，90年代有小幅回升，之后一直呈現(xiàn)下降趨勢。從日照年變化情況來看，最高值出現(xiàn)在1968年，為3 037.1 h；最低值出現(xiàn)在2010年，為2 217.2 h，最高值與最低值相差819.9 h。由此可見，日照時數(shù)的年際變化差異性很大。

圖1 葫蘆島市區(qū)各年代平均日照時數(shù)

圖2 葫蘆島市區(qū)年日照時數(shù)變化曲線特征和線性趨勢

2.3 季節(jié)日照變化特征

進一步分析葫蘆島市區(qū)日照時數(shù)的季節(jié)變化走向，圖3顯示，葫蘆島在48年中的四季日照時數(shù)變化狀況和年日照時數(shù)變化狀況大體一致，均為平穩(wěn)減少。表1顯示，夏秋兩季日照時數(shù)變化情況與0.001顯著性檢驗要求相符，春季日照時數(shù)變化狀況則與0.01的顯著性檢驗要求相符，但是冬季日照時數(shù)變化狀況與0.05的顯著性檢驗要求不符，而且由于各個季節(jié)的溫度特性差異較大，所以導致春季、夏季和秋季的平均日照時數(shù)變化遠大于冬季平均日照時數(shù)變化。春、夏、秋、冬四季的氣候傾向率分別為-20.224、-34.714、-22.641、-9.363 h·10 a-1，表明夏季平均日照時數(shù)在48年間的變化最大，而冬季平均日照時數(shù)最小。四季中夏季的平均日照時數(shù)在近48年間的變化幅度最大，其中變化最為顯著的年份是1968年，858.4 h；最少年份為1996年，475.8 h，相差382.6 h。春和冬季次之，分別為277.1 h和210.9 h，而秋季最小為183.5 h。

表1 葫蘆島市線性傾向估計值 h·10 a-1

注：***通過0.001信度，**通過0.01信度，*通過0.10信度。

3 日照的突變性和階段性

本文旨在利用M-K法得出葫蘆島市區(qū)日照的精確突變時間和階段內(nèi)日照變化趨勢和走向，然后利用累積距平曲線圖得出日照時數(shù)變化的階段特征，圖4為表現(xiàn)葫蘆島市區(qū)各年和和季節(jié)日照變化趨勢的M-K檢驗曲線圖：其中的虛線為0.05的顯著水平線，具體數(shù)值為±1.96。

圖3 葫蘆島市區(qū)四季日照時數(shù)變化曲線特征和線性趨勢

圖4 葫蘆島市區(qū)年和各季日照時數(shù)M-K法檢驗曲線

圖4表明，葫蘆島市區(qū)日照時數(shù)突變年份在1979年。1981年又出現(xiàn)了日照時數(shù)明顯下降的情況，已超過0.05的顯著水平線；而春季日照時數(shù)在1976年發(fā)生顯著突變，1981年超過0.05顯著水平線，以后呈現(xiàn)出更加明顯的下降趨勢；夏季日照時數(shù)在1984年發(fā)生突變，1986年超過0.05顯著水平線，下降趨勢顯著；秋季日照時數(shù)1980年發(fā)生突變，1981年超過0.05顯著水平線，下降趨勢顯著；冬季日照時數(shù)沒有發(fā)生突變，雖有下降趨勢，但是不顯著。

從圖5可以看出，葫蘆島市區(qū)年、春季和冬季日照時數(shù)1964—1978年處于偏高階段，1979—2011年處于偏低階段；夏季和秋季日照時數(shù)1964—1983年處于偏高階段，1984—2011年略有下降。利用線性傾向估計、M-K法和累積距平對葫蘆島市區(qū)全年和各季節(jié)日照時數(shù)變化的研究結(jié)果沒有太大差別，三種方法的檢測結(jié)果均顯示年、春、夏和秋季日照時數(shù)顯著下降，冬季日照時數(shù)下降不顯著。

圖5 葫蘆島市區(qū)年和四季日照時數(shù)累積距平

4 小結(jié)

近48年來，葫蘆島市區(qū)年、春、夏和秋季的日照時數(shù)都具有明顯的下降趨勢，且都與0.001的信度檢測要求相符合，冬季的日照時數(shù)變化并不明顯。用Mann-Kendall檢驗法對葫蘆島進行年和四季日照時數(shù)變化的突變檢測，結(jié)果為年和春季日照時數(shù)1979年左右發(fā)生突變，夏季和秋季分別在1980年和1984年發(fā)生突變，冬季沒有發(fā)生突變。通過Mann-Kendall檢驗法和累積距平得出葫蘆島市區(qū)年和春、夏、秋季日照時數(shù)20世紀80年代初超過0.05顯著水平線，下降趨勢顯著。冬季日照時數(shù)沒有發(fā)生突變，有下降趨勢，但不顯著。

[1] 徐宗學，隋彩虹．黃河流域平均氣溫變化趨勢分析[J]．氣象，2005，31(11)：7-16．

[2] 魏鳳英．現(xiàn)代氣候統(tǒng)計診斷與預測技術(shù)[M]．北京：氣象出版社，1999：37-40，4344，63-66．