銅仁市日照時(shí)數(shù)變化特點(diǎn)和影響因素探討

張金玲，黎凌云

（貴州省印江縣氣象局，貴州 銅仁 555200）

日照時(shí)數(shù)是衡量太陽輻射強(qiáng)弱程度的主要?dú)庀笠嘏c指標(biāo)，也是反映氣候變化狀況的重要?dú)庀笠刂?。日照時(shí)數(shù)以及太陽輻射強(qiáng)弱程度會(huì)對(duì)農(nóng)作物的生產(chǎn)以及整體產(chǎn)量產(chǎn)生極大的影響，同時(shí)關(guān)系著作物是否能夠正常進(jìn)行光合作用，對(duì)研究區(qū)域作物蒸發(fā)量具有重要的影響。王華等應(yīng)用氣候突變理論對(duì)阿克蘇市的日照時(shí)數(shù)進(jìn)行綜合分析，結(jié)果顯示，1955—2000 年該區(qū)域的日照時(shí)數(shù)呈逐年上升趨勢(shì)，且發(fā)生了兩次突變；石慧蘭等通過對(duì)德州市1954—2005 年的日照時(shí)數(shù)進(jìn)行分析，得出研究時(shí)間內(nèi)魯西北的日照時(shí)數(shù)呈逐漸減少的趨勢(shì)，主要原因是云量的不斷增加及人類的頻繁活動(dòng)，尤其是城市快速發(fā)展過程中工業(yè)污染物排放量不斷增加，造成大氣氣溶膠增多。本文對(duì)銅仁市1961—2020 年日照時(shí)數(shù)的發(fā)展演變規(guī)律進(jìn)行分析，這對(duì)于進(jìn)一步分析氣候變化因素對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展所產(chǎn)生的影響，以及合理開發(fā)利用氣候資源，優(yōu)化調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)具有重要作用，并對(duì)了解銅仁地區(qū)農(nóng)作物的生長(zhǎng)耗水量以及指導(dǎo)灌溉有著一定的參考價(jià)值。

1 資料與方法

本文選取銅仁市1961—2020 年的日照時(shí)數(shù)作為研究資料，并對(duì)四季進(jìn)行劃分，春季為3—5 月，夏季為6—8 月，秋季為9—11 月，冬季為當(dāng)年的12 月至次年的2 月。先采用最小二乘法對(duì)氣候要素的時(shí)間線性傾向率進(jìn)行估算，并綜合分析氣候要素的整體變化發(fā)展趨勢(shì)，采用小波分析法進(jìn)一步分析氣候要素序列。小波分析能夠真實(shí)全面地反映出時(shí)域和頻域信號(hào)特征，并且可以反映出局部的變化信息以及信號(hào)發(fā)生變化的具體時(shí)間尺度，顯示信號(hào)發(fā)生變化的具體時(shí)間位置，還可以針對(duì)突變點(diǎn)進(jìn)行綜合診斷，所以被廣泛應(yīng)用于氣候變化的分析和預(yù)測(cè)過程中。此外，本文采用Morlet 復(fù)值小波對(duì)日照時(shí)數(shù)的實(shí)際周期性變化情況進(jìn)行綜合分析，之后采用累積距平法進(jìn)一步分析和檢驗(yàn)氣候要素的具體時(shí)間序列。結(jié)合1961—2020 年銅仁市的年平均風(fēng)速、輕霧日數(shù)、云量等參數(shù)信息數(shù)據(jù)，本文進(jìn)一步分析了可能對(duì)銅仁市日照時(shí)數(shù)產(chǎn)生影響的因子[1]。

2 結(jié)果與分析

2.1 日照時(shí)數(shù)變化特征

2.1.1 年際變化

銅仁市在1961—2020 年不同時(shí)段的平均日照時(shí)數(shù)見第79頁表1。可以看出，銅仁市長(zhǎng)期平均日照時(shí)數(shù)在1 131.4 h，20 世紀(jì)70 年代左右，平均日照時(shí)數(shù)呈逐漸上升趨勢(shì)且顯著高于平均值；20 世紀(jì)80 年代和90 年代，平均日照時(shí)數(shù)呈逐漸下降趨勢(shì)且低于平均值；21 世紀(jì)以來，平均日照時(shí)數(shù)慢慢趨于平均值。日照時(shí)數(shù)年際變化振幅也較大，最高值出現(xiàn)在1978 年，為1 463.5 h，在1989 年出現(xiàn)最低值，為728.7 h，年日照時(shí)數(shù)相差734.8 h。在各個(gè)季節(jié)當(dāng)中，春季的平均日照時(shí)數(shù)顯著增多，20 世紀(jì)70 年代左右偏多，90 年代呈減少趨勢(shì)，21 世紀(jì)以來明顯偏多；秋季的平均日照時(shí)數(shù)在20 世紀(jì)70 年代偏多，80 年代逐漸減少；冬季的日照時(shí)數(shù)隨著年代變化，但是變化幅度并不大。

表1 1961—2020 年不同時(shí)段銅仁市的平均日照時(shí)數(shù)（h）

1961—2020 年銅仁市的日照時(shí)數(shù)整體呈逐漸下降趨勢(shì)，但是下降趨勢(shì)并不十分明顯，氣候傾向率為-22.1 h/10 a，在最近40 a 期間逐漸減少了大約88.4 h，存在較為明顯的階段性變化特征。20 世紀(jì)70 年代至80 年代，銅仁市的日照時(shí)數(shù)出現(xiàn)了小范圍、小幅度波動(dòng)變化，在20 世紀(jì)80 年代至90 年代呈逐漸下降趨勢(shì)，90 年代中后期呈逐漸增加趨勢(shì)，21 世紀(jì)以來逐漸平緩。

2.1.2 年內(nèi)分布與季節(jié)變化

就年內(nèi)分布情況來看，銅仁市日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)呈單峰形狀分布，全年當(dāng)中8 月份日照最多，為185.7 h，其次是7 月份，為180 h，最少的是在1 月份和2 月份，為39.2 h，日照時(shí)數(shù)最多與最少之間相差146.5 h。從季節(jié)分布情況來看，日照時(shí)數(shù)最多的是夏季，為475.2 h；其次是秋季，為284 h；冬季最少，僅139 h。從不同季節(jié)的變化發(fā)展趨勢(shì)來看，春季的日照時(shí)數(shù)呈逐漸上升趨勢(shì)，但是整體來看并不明顯；夏季、秋季、冬季的日照時(shí)數(shù)整體呈逐漸下降趨勢(shì)，但是并不明顯；四季日照時(shí)數(shù)趨勢(shì)變化率為11.4 h/10 a，-22.6 h/10 a，-3.6 h/10 a，-7.3 h/10 a。在1980 年至2020 年40 a 中，夏季日照時(shí)數(shù)減少是最多的，減少了90.4 h，最少的是在秋季，減少了14.4 h，春季日照時(shí)數(shù)增加了45.6 h；夏季日照時(shí)數(shù)變化實(shí)際振幅是最大的，日照時(shí)數(shù)最多和最少的差值為286.6 h[2]。

2.1.3 周期變化

從數(shù)據(jù)來看，1961—2020 年銅仁市的日照時(shí)數(shù)有著明顯的年際變化，周期變化規(guī)律比較突出。在16～20 a 的時(shí)間尺度上，日照時(shí)數(shù)呈偏高、偏低、偏高交替振蕩發(fā)展趨勢(shì)，1961—1983 年相對(duì)偏高、1984—1996 年偏低、1997—2020 年偏高。在10 a的時(shí)間尺度上，日照時(shí)數(shù)變化為偏高-偏低交替振蕩，1961—1979 年偏高、1980—1984 年偏低，之后為偏高再偏低。在5～8 a 的時(shí)間尺度上，日照時(shí)數(shù)具有較小尺度振蕩變化，在此不具體分析[3]。

Morlet 小波系數(shù)主要表示能量密度，小波變換系數(shù)模值越大，說明其對(duì)應(yīng)的時(shí)段與尺度的周期性振蕩越強(qiáng)。模值最大的為5～8 a 時(shí)間尺度，說明該時(shí)間尺度下日照時(shí)數(shù)周期振蕩最強(qiáng)；2 a 以下時(shí)間尺度模值最小，說明其日照時(shí)數(shù)周期振蕩最弱。

2.1.4 突變情況

1961—2020 年銅仁市日照時(shí)數(shù)主要為波動(dòng)式變化發(fā)展趨勢(shì)，20 世紀(jì)70 年代逐漸增加，1980 年開始逐漸下降，1985 年之后開始小幅度回升，1988年達(dá)到峰值后開始呈下降趨勢(shì)，1997 年為最低值，之后呈上升發(fā)展趨勢(shì)，上升速度逐漸放緩，2000 年之后振幅逐漸減小。1997 年前后有比較明顯的轉(zhuǎn)折，能夠確定在1997 年前后日照時(shí)數(shù)出現(xiàn)了突變[4]。

2.2 日照時(shí)數(shù)變化的影響因素分析

日照時(shí)數(shù)發(fā)生變化和多方面因素有關(guān)，例如云量、霧、風(fēng)速以及各種浮塵等。此外，大氣透明度也會(huì)對(duì)日照時(shí)數(shù)產(chǎn)生一定的影響，大氣透明度會(huì)受到大氣中氣溶膠含量以及水汽含量等一些因子的影響。因此，本文選取銅仁市1961—2020 年的云量、年平均風(fēng)速、輕霧狀況等相關(guān)參數(shù)，進(jìn)一步分析對(duì)銅仁市日照時(shí)數(shù)可能產(chǎn)生影響的因子[5]。

經(jīng)綜合分析得出，1961—2020 年銅仁市的云量呈逐漸減少趨勢(shì)，且60 a 來只減少了0.22 h，主要為波動(dòng)式發(fā)展變化趨勢(shì)。日照時(shí)數(shù)和云量之間有一定關(guān)系，并且會(huì)受到云狀及云層高度的影響。云量整體變化和日照時(shí)數(shù)變化主要呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。輕霧日數(shù)整體呈增加趨勢(shì)，但是輕霧日數(shù)變化發(fā)展趨勢(shì)和日照時(shí)數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)為-0.14，說明其并非日照時(shí)數(shù)變化的主要影響因素。1961—2020 年，銅仁市的平均風(fēng)速呈顯著下降趨勢(shì)，平均風(fēng)速變化發(fā)展趨勢(shì)和日照時(shí)數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)為0.23，說明年平均風(fēng)速會(huì)對(duì)日照時(shí)數(shù)的發(fā)展變化產(chǎn)生不同程度的影響。近年來，隨著銅仁市城市化進(jìn)程加快，污染物顯著增加，大氣中的氣溶膠顆粒物、光化學(xué)煙霧等明顯增多，從而對(duì)大氣透明度產(chǎn)生了極大的影響，大氣對(duì)太陽輻射的吸收和散射作用使得到達(dá)地面的太陽輻射明顯減少，日照時(shí)數(shù)也會(huì)不斷減少[6]。

3 結(jié)束語

通過分析可知，1961—2020 年銅仁市日照時(shí)數(shù)整體呈逐漸下降趨勢(shì)，同時(shí)伴有階段性變化特征。在四季當(dāng)中，夏季日照時(shí)數(shù)是最多的，冬季則最少，春季日照時(shí)數(shù)呈逐漸上升趨勢(shì)，夏季、秋季、冬季呈下降趨勢(shì)。從年內(nèi)分布來看，8 月份日照時(shí)數(shù)最多，1—2 月份則最少?？傇屏考帮L(fēng)速的變化情況、人類活動(dòng)尤其是工業(yè)生產(chǎn)污染物排放量增多等導(dǎo)致大氣中的氣溶膠逐漸增加，這些也是導(dǎo)致銅仁市日照時(shí)數(shù)發(fā)生變化的重要因素。

（責(zé)任編輯 石志榮）