近63年合作市日照時(shí)數(shù)的變化特征分析

摘 要：為了解合作市日照變化特征，利用1960—2022年合作市國(guó)家基準(zhǔn)氣候站逐日日照時(shí)數(shù)觀測(cè)資料，采用線性趨勢(shì)、Mann-Kendall檢驗(yàn)等方法，對(duì)1960—2022年合作市日照時(shí)數(shù)年、季、月的變化特征進(jìn)行分析。結(jié)果表明：1960—2022年合作市年日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)，下降傾向率-7.37 h/10年，峰值與峰谷相差607 h；在四季日照時(shí)數(shù)分析中發(fā)現(xiàn)，除春季日照時(shí)數(shù)為增加趨勢(shì)外，其余季節(jié)均呈下降趨勢(shì)，氣候傾向率分別為2.060、-3.201、-3.330、-5.410 h/10年；月平均日照時(shí)數(shù)在157.5～213.9 h之間，月平均日照時(shí)數(shù)為196.8 h。

關(guān)鍵詞：日照時(shí)數(shù)；氣候傾向率；Mann-Kendall檢驗(yàn)

中圖分類號(hào)：P422.11 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）08–0-03

日照可促進(jìn)生物的新陳代謝，紫外線能夠預(yù)防和治療一些疾病，日照時(shí)數(shù)是最能直接反映太陽(yáng)輻射情況的要素，太陽(yáng)能資源的貧瘠程度也用日照時(shí)數(shù)表征[1-3]。因此，研究日照時(shí)數(shù)的分布規(guī)律，對(duì)于光能資源充分利用、作物引種和農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

合作市隸屬于甘肅省甘南藏族自治州（以下簡(jiǎn)稱甘南州），是甘南州政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心，位于甘肅省西南部、甘南州北部，地處青藏高原、黃土高原和隴南山地的過(guò)渡地帶[4-5]。合作市由于海拔較高（站點(diǎn)海拔

2 909.4 m），大氣相對(duì)稀薄，大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用相對(duì)較弱，到達(dá)地面的日照強(qiáng)度相對(duì)較大。全年日照較為充足，這使得合作市太陽(yáng)能利用率相對(duì)較高。但相比同緯度低海拔地區(qū)，其日照總時(shí)數(shù)相對(duì)較少，主要是由于高原地區(qū)天氣多變，云量在不同季節(jié)存在一定變化。日照充足有利于高原地區(qū)的牧草等植被進(jìn)行光合作用，對(duì)發(fā)展畜牧業(yè)有一定積極作用。光照不僅影響著當(dāng)?shù)刂脖簧L(zhǎng)發(fā)育，還深刻影響著當(dāng)?shù)啬撩竦纳盍?xí)慣[6]。因此，分析合作市日照時(shí)數(shù)的變化特征能為合作市光能資源分析、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局提供重要的理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

所用氣象資料來(lái)源于合作市國(guó)家基準(zhǔn)氣候觀測(cè)站1960—2022年逐日日照時(shí)數(shù)觀測(cè)資料，采用趨勢(shì)圖、氣候傾向率和直方圖分析合作市年、季、月日照時(shí)數(shù)變化特征。其中，季節(jié)的劃分春季3—5月，夏季6—8月，秋季9—11月，冬季12月至翌年2月。

1.2 研究方法

研究方法主要有一元線性回歸、Mann-Kendall（M -K）突變檢驗(yàn)。一元線性回歸是一種用于分析2個(gè)變量之間線性關(guān)系的統(tǒng)計(jì)方法，它假設(shè)自變量和因變量之間存在一種簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，可以用一條直線表示。通過(guò)一元線性回歸，可以確定這條直線的斜率和截距，從而預(yù)測(cè)因變量的值。一元線性回歸在氣象領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。其一，它可用于預(yù)測(cè)氣溫的變化。以時(shí)間為自變量，積溫為因變量，通過(guò)建立一元線性回歸模型，可以根據(jù)過(guò)去一段時(shí)間的氣溫?cái)?shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來(lái)某一時(shí)刻的積溫。例如，收集過(guò)去一個(gè)月每天的平均氣溫?cái)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)隨著日期的推進(jìn)，氣溫呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。建立一元線性回歸方程后，能大致預(yù)測(cè)出幾天后的積溫，這對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、能源調(diào)度等具有重要的指導(dǎo)意義。其二，用于分析降雨量與某一氣象因素的關(guān)系。例如，將季風(fēng)的強(qiáng)度作為自變量，降雨量作為因變量進(jìn)行回歸分析。若兩者呈現(xiàn)顯著的線性關(guān)系，則能根據(jù)季風(fēng)強(qiáng)度的預(yù)測(cè)值預(yù)估降雨量，為水資源管理和防洪抗旱工作提供參考。其三，在研究日照時(shí)長(zhǎng)對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響時(shí)，也能運(yùn)用一元線性回歸。以日照時(shí)長(zhǎng)為自變量，農(nóng)作物的生長(zhǎng)指標(biāo)（如乳熟期、產(chǎn)量等）為因變量，從而確定最佳的日照時(shí)長(zhǎng)范圍，為農(nóng)業(yè)種植提供科學(xué)依據(jù)。

Mann-Kendall檢驗(yàn)是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，用于比較2組獨(dú)立樣本的中位數(shù)是否存在顯著差異。它是在不依賴總體分布假設(shè)的情況下，通過(guò)對(duì)2組樣本的秩次進(jìn)行比較進(jìn)行統(tǒng)計(jì)推斷的一種方法。其檢驗(yàn)的原理基于秩次統(tǒng)計(jì)，通過(guò)將兩組樣本合并，按照大小順序給出秩次，然后根據(jù)秩次的總和判斷兩組樣本的中位數(shù)是否存在顯著差異。M-K檢驗(yàn)在氣象研究中同樣具有重要作用。首先，它常用于檢測(cè)氣溫的變化趨勢(shì)。通過(guò)收集長(zhǎng)時(shí)間序列的氣溫?cái)?shù)據(jù)，利用M-K檢驗(yàn)可以判斷氣溫是呈現(xiàn)上升、下降還是保持穩(wěn)定的趨勢(shì)。例如，分析一個(gè)地區(qū)過(guò)去50年的年平均氣溫，M-K檢驗(yàn)?zāi)軌蛎鞔_這50年來(lái)氣溫變化的總體趨勢(shì)，從而為評(píng)估氣候變化對(duì)該地區(qū)的影響提供依據(jù)。其次，在降水方面，M-K檢驗(yàn)可用于確定降水的增減趨勢(shì)。例如，分析某城市多年的月降水量數(shù)據(jù)，判斷不同季節(jié)降水趨勢(shì)的變化，為城市的水資源規(guī)劃和防洪措施提供參考。再次，M-K檢驗(yàn)還能應(yīng)用于風(fēng)速的趨勢(shì)分析。例如，對(duì)某風(fēng)電場(chǎng)所在區(qū)域多年的風(fēng)速數(shù)據(jù)進(jìn)行M-K檢驗(yàn)，有助于評(píng)估該地區(qū)風(fēng)能資源的穩(wěn)定性和未來(lái)發(fā)展?jié)摿ΑＷ詈?，在研究河流流量與氣象因素的關(guān)系時(shí)，也可以運(yùn)用M-K檢驗(yàn)。例如，分析河流徑流量的變化趨勢(shì)，并與同期的降水、氣溫等氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，以揭示氣象條件對(duì)河流水文的

影響。

2 日照時(shí)數(shù)的變化特征

2.1 年際變化

對(duì)1960—2022年合作市日照時(shí)數(shù)變化特征進(jìn)行分析（圖1），發(fā)現(xiàn)1960—2022年合作市年日照時(shí)數(shù)在

2 036.7～2 643.7 h之間，在1998年達(dá)到最大，為2 643.7 h，

2020年最小，為2 036.7 h。1960—2022年合作市日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)，下降趨勢(shì)為-7.366 h/10年。對(duì)年日照時(shí)數(shù)進(jìn)行突變檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，1991年前合作市日照呈輕微上升趨勢(shì)，1991年后開(kāi)始下降，1997—2001、2005—2007、2010—2014年之間合作市日照時(shí)數(shù)均呈顯著下降趨勢(shì)。2004年以后下降趨勢(shì)有所減緩但仍呈下降趨勢(shì)。在2019年后則呈輕微上升趨勢(shì)。年日照時(shí)數(shù)則在1961、1965、1994、1995、2021年前后發(fā)生突變。

2.2 季節(jié)變化

分析1960—2022年合作市四季日照時(shí)數(shù)（圖2），發(fā)現(xiàn)除了春季日照時(shí)數(shù)為增加趨勢(shì)，其余季節(jié)均呈下降趨勢(shì)，氣候傾向率分別為2.060、-3.201、-3.330、

-5.410 h/10年。春季平均日照時(shí)數(shù)為616.7 h，春季日照時(shí)數(shù)在1986年達(dá)到最小，為459.3 h，1994年達(dá)到最大，為724.6 h。夏季平均日照時(shí)數(shù)為594.0 h，夏季日照時(shí)數(shù)在2019年達(dá)到最小，為473.7 h，在2001年達(dá)到最大，為713.5 h。秋季平均日照時(shí)數(shù)為543.9 h，秋季日照時(shí)數(shù)在2020年達(dá)到最小，為411.3 h，在1998年達(dá)到最大，為675.6 h。冬季平均日照時(shí)數(shù)為607.9 h，冬季日照時(shí)數(shù)在2017年達(dá)到最小，為532.4 h，在1963年達(dá)到最大，為720.9 h。

對(duì)1960—2022年合作市四季日照時(shí)數(shù)進(jìn)行M-K檢驗(yàn)（圖3），結(jié)果表明春季日照時(shí)數(shù)在1987—2001年呈顯著下降趨勢(shì)，2016年后為輕微上升趨勢(shì)，其余時(shí)間段日照時(shí)數(shù)均為輕微下降趨勢(shì)。春季日照時(shí)數(shù)在1962、2017年前后發(fā)生突變。對(duì)夏季日照時(shí)數(shù)進(jìn)行M-K檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，夏季日照時(shí)數(shù)在2016—2020年之間以輕微上升趨勢(shì)為主，其余時(shí)間段均為下降趨勢(shì)，1976—1980、1982—2012之間下降趨勢(shì)顯著。夏季日

照時(shí)數(shù)在2018、2020、2021年發(fā)生突變。對(duì)秋季日照時(shí)數(shù)進(jìn)行M-K檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，秋季日照時(shí)數(shù)在2011—2020年之間為輕微上升趨勢(shì)，在1962—1963、1995—2000年之間為顯著下降趨勢(shì)，其余時(shí)間段則以輕微下降趨勢(shì)為主。秋季日照時(shí)數(shù)則在1988、1991、1995、2007、2009、2010年發(fā)生突變。對(duì)冬季日照時(shí)數(shù)進(jìn)行M-K檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，冬季日照時(shí)數(shù)在2016年后為輕微下降趨勢(shì)，除1990—2003、2006—2007、2010年為顯著下降趨勢(shì)外，其余時(shí)間段則以輕微下降趨勢(shì)為主。冬季日照時(shí)數(shù)則在2018年發(fā)生突變。

2.3 月變化

對(duì)1960—2022年合作市月日照時(shí)數(shù)分析（圖4），結(jié)果表明合作市1960—2022年月平均日照時(shí)數(shù)在157.5

～213.9 h之間，月平均日照時(shí)數(shù)為196.8 h。9月日照時(shí)

數(shù)最短，為157.5 h，12月日照時(shí)數(shù)最長(zhǎng)為213.9 h，兩者相差56.4 h。1月日照時(shí)數(shù)在2008年達(dá)到最小，為158.1 h，

1963年達(dá)到最大，為261.8 h；2月日照時(shí)數(shù)在1961年達(dá)到最小，為147.7 h，1963年達(dá)到最大，為234.1 h；3月日照時(shí)數(shù)在1992年達(dá)到最小，為134.6 h，2013年達(dá)到最大，為273.3 h；4月日照時(shí)數(shù)在1986年達(dá)到最小，為118.5 h，1974年達(dá)到最大，為262.1 h；5月日照時(shí)數(shù)在1992年達(dá)到最小，為135.4 h，1994年達(dá)到最大，為

266.0 h；6月日照時(shí)數(shù)在2019年達(dá)到最小，為112.5 h，1998年達(dá)到最大，為267.9 h； 7月日照時(shí)數(shù)在1966年達(dá)到最小，為109.3 h，2000年達(dá)到最大，為297.2 h；8月日照時(shí)數(shù)在1976年達(dá)到最小，為130.2 h，1996年達(dá)到最大，為261.3h；9月日照時(shí)數(shù)在1971年達(dá)到最小，為83.9 h，1998年達(dá)到最大，為217.1 h；10月日照時(shí)數(shù)在1988年達(dá)到最小，為96.2 h，1979年達(dá)到最大，為232.3 h；11月日照時(shí)數(shù)在1975年達(dá)到最小，為145.4 h，

1998年達(dá)到最大，為253.4 h；12月日照時(shí)數(shù)在2007年達(dá)到最小，為178.8 h，2008年達(dá)到最大，為241.3 h。

3 結(jié)論

（1）1960—2022年合作市的年日照時(shí)數(shù)在2 036.7～2 643.7 h之間，日照時(shí)數(shù)呈下降趨勢(shì)，下降趨勢(shì)為-7.37 h/10年。1997—2001、2005—2007、2010—2014年，合作市日照時(shí)數(shù)呈顯著下降趨勢(shì)。

（2）1960—2022年合作市四季日照時(shí)數(shù)變化中除春季日照時(shí)數(shù)為增加趨勢(shì)外，其余季節(jié)均呈下降趨勢(shì)，氣候傾向率分別為2.060、-3.201、-3.330、-5.410 h/10年。春季日照時(shí)數(shù)在1987—2001年呈顯著下降趨勢(shì)，夏季日照時(shí)數(shù)1976—1980、1982—2012之間下降趨勢(shì)顯著，秋季日照時(shí)數(shù)在1962—1963、1995—2000年之間為顯著下降趨勢(shì)，冬季日照時(shí)數(shù)在1990—2003、2006—2007、2010年為顯著下降趨勢(shì)。

（3）1960—2022年合作市月平均日照時(shí)數(shù)在157.5

～213.9 h之間，月平均日照時(shí)數(shù)為196.8 h。9月日照時(shí)數(shù)最短，為157.5 h，12月日照時(shí)數(shù)最長(zhǎng)，為213.9 h，兩者相差56.4 h。

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