1969—2018年廣州增城日照時(shí)數(shù)的變化特征分析

楊麗英，葉 茵，梁穎茹

廣州市增城區(qū)氣象局，廣東增城 511300

日照與人類日常生產(chǎn)活動(dòng)及地球各圈層的互相影響密切相關(guān)，它是太陽(yáng)輻射能量最直接的體現(xiàn)。日照的多寡通常用日照時(shí)數(shù)來(lái)表征。日照時(shí)數(shù)是反映太陽(yáng)輻射時(shí)間長(zhǎng)短的氣候指標(biāo)，是表征氣候變化的重要?dú)庀笠刂弧＝陙?lái)，有不少學(xué)者對(duì)日照時(shí)數(shù)變化進(jìn)行了研究。虞海燕等[1]研究了我國(guó)近59年的日照時(shí)數(shù)變化特征及其與溫度、風(fēng)速、降水的關(guān)系；任國(guó)玉等[2]分析了1956—2002年中國(guó)日照時(shí)數(shù)的變化特征，研究表明：全國(guó)年日照時(shí)數(shù)呈明顯下降趨勢(shì)；吳桂明等[3]通過(guò)對(duì)1965—2015年廣東省的日照時(shí)數(shù)時(shí)空變化特征的分析，發(fā)現(xiàn)廣東省4個(gè)季節(jié)日照時(shí)數(shù)均呈下降趨勢(shì)，秋季下降最明顯，其次是夏季，顯著下降的區(qū)域主要位于珠三角地區(qū)；其他一些相關(guān)研究[4-6]也表明：20世紀(jì)90年代以來(lái)，廣東的日照時(shí)數(shù)、太陽(yáng)輻射在減少。另有研究表明，導(dǎo)致日照時(shí)數(shù)變化的因子主要有云量、風(fēng)速以及降水等[7-9]。

廣州市增城區(qū)位于廣東省中部，北回歸線經(jīng)過(guò)增城北部，屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，具有氣溫高、雨量充沛、霜日少、光照充足等氣候特點(diǎn)，全年都可栽培作物。作為全國(guó)著名的荔枝之鄉(xiāng)，增城荔枝的聞名得益于得天獨(dú)厚的氣候條件。增城區(qū)多年降水、氣溫等氣象要素的變化特征已有學(xué)者進(jìn)行了研究[10]，但針對(duì)增城日照時(shí)數(shù)變化的研究暫無(wú)相關(guān)分析。探究日照時(shí)數(shù)時(shí)空分布特征和周期變化規(guī)律，不僅有利于深入了解當(dāng)?shù)貧夂虮尘昂蜕鷳B(tài)氣候資源，而且對(duì)增城氣候生態(tài)資源的可持續(xù)性開(kāi)發(fā)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等有著重要意義，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等更好地利用氣候資料提供理念依據(jù)。為此，對(duì)增城1969—2018年50年來(lái)日照時(shí)數(shù)的變化特征及影響因子進(jìn)行研究，以期為增城氣候變化及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)研究提供參考。

1 資料與方法

本研究采用增城國(guó)家基準(zhǔn)氣候站1969—2018年日照時(shí)數(shù)等氣象要素。季節(jié)劃分：3—5月為春季、6—8月為夏季、9—11月為秋季、12—翌年2月為冬季。本研究采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，并應(yīng)用趨勢(shì)法研究了不同時(shí)間尺度日照時(shí)數(shù)的氣候變化特征，采用Mann-Kendall檢驗(yàn)法(以下簡(jiǎn)稱M-K檢驗(yàn)法）對(duì)日照時(shí)數(shù)進(jìn)行突變檢驗(yàn)，利用Morlet小波方法分析日照時(shí)數(shù)的振蕩周期。

2 日照時(shí)數(shù)的時(shí)間變化特征

2.1 日照時(shí)數(shù)的年際、年代際變化

從1969—2018年增城年日照時(shí)數(shù)的年際變化（圖1）可以看出，增城年際變化幅度大，年平均日照時(shí)數(shù)為1 811.8 h，年最大日照時(shí)數(shù)2 231.1 h（1971年）；年最小日照時(shí)數(shù)1 434.8 h（2012年），二者相差796.3 h，振幅較大。

圖1 1969—2018年增城年日照時(shí)數(shù)的年際變化趨勢(shì)

1969—2018年50年間，增城日照時(shí)數(shù)出現(xiàn)多個(gè)高峰值和低峰值。20世紀(jì)90年代以前，日照時(shí)數(shù)波動(dòng)變化較為有規(guī)律，大致每隔2～4年出現(xiàn)1次峰值，90年代以后波動(dòng)變化規(guī)律不明顯。總體增城日照時(shí)數(shù)呈顯著減少趨勢(shì),氣候傾向率達(dá)-8.01 h/年，其相關(guān)系數(shù)為0.596，通過(guò)了α=0.001的顯著性檢驗(yàn)，表明減少趨勢(shì)非常顯著；這與全國(guó)平均的日照時(shí)數(shù)呈顯著的下降趨勢(shì)一致。

在年代際變化方面，從1969—2018年的50年間，第1個(gè)十年（1969—1978年）與第2個(gè)十年（1979—1988年）日照時(shí)數(shù)變化不明顯；但第3個(gè)十年（1989—1998年）開(kāi)始出現(xiàn)了較明顯的減少趨勢(shì)，較第1個(gè)十年減少了200.8 h；第4個(gè)十年（1999—2008年）與第3個(gè)十年日照時(shí)數(shù)變化不大；但第5個(gè)十年（2009—2018年）再次出現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)，較第1個(gè)十年減少了302.0 h，降幅達(dá)15%，為50年來(lái)的最小值?？傮w而言,從年代際變化看，增城日照時(shí)數(shù)呈明顯的下降趨勢(shì)。

2.2 日照時(shí)數(shù)的季節(jié)變化

從表1可以看出，增城春、夏、秋、冬四季平均日照時(shí)數(shù)以秋季最多，為579.3 h/年、春季最少，為284.4 h/年。四季日照時(shí)數(shù)最小值均出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代以后。

表1 1969—2018年增城四季日照時(shí)數(shù)

對(duì)1969—2018年增城春、夏、秋、冬四季日照時(shí)數(shù)進(jìn)行線性趨勢(shì)分析，得知增城日照時(shí)數(shù)的四季變化趨勢(shì)和年變化趨勢(shì)一致,都呈減少趨勢(shì)。其中，夏季的氣候傾向率最大，為-3.08/年，相關(guān)系數(shù)為0.530，通過(guò)α=0.001的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明夏季日照時(shí)數(shù)減少趨勢(shì)最顯著，這與等研究的廣東省4個(gè)季節(jié)日照時(shí)數(shù)以秋季下降最明顯的結(jié)論不一致；秋季的氣候傾向率-1.99 h/年，通過(guò)α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，另外，冬春兩季均通過(guò)α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，表明增城四季的日照時(shí)數(shù)趨勢(shì)變化均呈顯著減少趨勢(shì)。

2.3 日照時(shí)數(shù)的月變化

分析1969—2018年增城各月平均日照時(shí)數(shù)及其氣候傾向率、相關(guān)系數(shù)（表2），可知增城月日照時(shí)數(shù)平均值為151.0 h；月日照時(shí)數(shù)主要集中在下半年，下半年7—12月的日照時(shí)數(shù)（1 157.8 h）是上半年日照時(shí)數(shù)（654 h）的1.8倍；年中月日照時(shí)數(shù)最大值為7月的207.2 h，次大值為10月的205.5 h；年中月日照時(shí)數(shù)最小值為3月，76.4 h，次小值為4月83.6 h；月最大日照值與最小日照值兩者振幅相差130.8 h。全年中7月日照時(shí)數(shù)增幅最大，這與前汛期結(jié)束轉(zhuǎn)后汛期，降水減少有關(guān)；而全年中日照時(shí)數(shù)降幅最大的月份是2月，主要是由于低溫陰雨天氣所導(dǎo)致。

表2 1969—2018年增城各月的日照時(shí)數(shù)及氣候傾向率、相關(guān)系數(shù)

從近50年的各月日照時(shí)數(shù)氣候傾向率來(lái)看，1—12月的氣候傾向率變化范圍在-0.16～-1.20 h/年之間，均為負(fù)傾向率，說(shuō)明各月的日照時(shí)數(shù)均呈減少趨勢(shì)。其中11月的氣候傾向率達(dá)最大-1.20 h/年，通過(guò)了α=0.01的顯著性檢驗(yàn)，減少趨勢(shì)明顯；7月的氣候傾向率達(dá)為次大值-1.19 h/年，且通過(guò)了α=0.001的顯著性檢驗(yàn)，減少趨勢(shì)最為顯著；6月、8月和12月均通過(guò)了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，4月通過(guò)了α=0.1的顯著性檢驗(yàn)；其他月份均未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。

2.4 年日照時(shí)數(shù)變化的周期分析

利用Morlet小波方法分析增城年日照時(shí)數(shù)的振蕩變化情況（圖2）,可以發(fā)現(xiàn)在20世紀(jì)70年代到80年代中期以及2010年以后，增城年日照時(shí)數(shù)存在準(zhǔn)3年左右的周期特征，且通過(guò)了α=0.05顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明周期振蕩顯著。

圖2 1969—2018年增城區(qū)日照時(shí)數(shù)的Morlet小波分析

2.5 年日照時(shí)數(shù)的突變分析

利用M-K檢驗(yàn)法對(duì)1969—2018年增城年日照時(shí)數(shù)進(jìn)行突變分析（圖3）,給定顯著性水平α=0.05,臨界值范圍為±1.96，可知，1969—2018年增城日照時(shí)數(shù)的UF曲線和UB曲線相交于1993年，交點(diǎn)在臨界線之間，說(shuō)明年日照時(shí)數(shù)在1993年發(fā)生突變。由UF曲線可看出，1969—1992年日照時(shí)數(shù)呈上升趨勢(shì)，1993—2018年呈下降趨勢(shì)，突變前年平均日照時(shí)數(shù)為2 136.3 h，突變后為1 930.9 h，前后相差205.4 h。此外，從1997年開(kāi)始，UF＜-1.96，表明在1997—2018年期間增城日照時(shí)數(shù)下降趨勢(shì)顯著。

圖3 1969—2018年增城區(qū)日照時(shí)數(shù)的M-K突變檢驗(yàn)分析

3 影響因子分析

前人的研究結(jié)果表明，日照時(shí)數(shù)主要受云量、降水、和氣溶膠等的影響[11]，因此，本研究分析了1969—2018年增城區(qū)日照時(shí)數(shù)與降雨量、降雨日數(shù)、相對(duì)濕度、風(fēng)速、水汽壓、低云量及總云量的相關(guān)性（表3）。

表3 日照時(shí)數(shù)與相對(duì)濕度、降雨量、降雨日數(shù)、風(fēng)速、水汽壓、低云量及總云量的相關(guān)性

上述要素除相對(duì)濕度外，均通過(guò)了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明年平均相對(duì)濕度變化與日照時(shí)數(shù)無(wú)太大關(guān)系。根據(jù)相關(guān)學(xué)者的研究分析可知，這是由于增城區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，終年溫暖濕潤(rùn)，1969—2018年相對(duì)濕度平均值為79.3%，最大值為83.2%，最小值為72.4%，數(shù)值穩(wěn)定，年際變化小，因此與日照時(shí)數(shù)的相關(guān)性很低；低云量、總云量、降水量與日照時(shí)數(shù)呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中低云量和總云量通過(guò)了α=0.001的顯著性檢驗(yàn)，表明云量是影響增城日照時(shí)數(shù)變化最主要的氣象要素；而風(fēng)速呈正相關(guān)，說(shuō)明風(fēng)速越大的年份對(duì)應(yīng)的日照時(shí)數(shù)越多，這是由于風(fēng)速大有利于空氣中的水汽、氣溶膠粒子等擴(kuò)散，使得地面能接收更多太陽(yáng)輻射，從而導(dǎo)致日照時(shí)數(shù)偏多。

分析1969—2018年增城區(qū)低云量與日照時(shí)數(shù)的線性趨勢(shì)（圖4）可知，增城區(qū)近50年低云量呈明顯增多的趨勢(shì)，低云量高的年份日照時(shí)數(shù)少，負(fù)相關(guān)性十分明顯。有研究[12]也表明，由于近年來(lái)大氣污染日趨嚴(yán)重，大氣氣溶膠濃度不斷增加，促進(jìn)了云的形成，進(jìn)一步阻擋削弱了太陽(yáng)輻射，從而導(dǎo)致了日照時(shí)數(shù)的減少，與上述結(jié)論非常一致。

圖4 1969—2018年增城區(qū)低云量與日照時(shí)數(shù)折線圖

4 結(jié)論

（1）1969—2018年增城年日照時(shí)數(shù)總體呈減少趨勢(shì)，與全國(guó)平均的日照時(shí)數(shù)呈顯著的下降趨勢(shì)一致，年日照時(shí)數(shù)在1993年發(fā)生突變，開(kāi)始呈下降趨勢(shì)，且在1997—2018年下降趨勢(shì)顯著。

（2）日照時(shí)數(shù)存在明顯的季節(jié)差異，秋季最多為579.3 h/年、春季最少為284.4 h/年；四季平均日照時(shí)數(shù)均呈減少趨勢(shì)，夏季減少趨勢(shì)最為顯著。

（3）逐月日照時(shí)數(shù)中，最大值為7月的207.2 h，最小值為3月的76.4 h；所有月份日照時(shí)數(shù)均呈減少趨勢(shì)，7月減少最明顯。

（4）在20世紀(jì)70年代到80年代中期以及2010年以后，增城年日照時(shí)數(shù)存在準(zhǔn)3年左右的顯著振蕩周期。

（5）除風(fēng)速與日照時(shí)數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系外，低云量、總云量、降水量、降水日數(shù)等均與日照時(shí)數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中低云量和總云量通過(guò)了α=0.001的顯著性檢驗(yàn)，表明云量是影響增城日照時(shí)數(shù)變化最主要的氣象要素。