氣候變化背景下廣西日照時(shí)空分布特征及影響研究

關(guān)鍵詞：日照時(shí)數(shù)；日照百分率；時(shí)空分布；森林覆蓋率

前言

在全球氣候變暖的大背景下，大氣的物理與化學(xué)構(gòu)成正經(jīng)歷變革，這直接關(guān)聯(lián)到太陽(yáng)輻射能量的調(diào)整。日照作為氣候要素中的關(guān)鍵角色之一，它在維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡和功能中扮演著至關(guān)重要的角色。日照對(duì)森林生態(tài)環(huán)境有著深遠(yuǎn)的影響，促進(jìn)光合作用，驅(qū)動(dòng)植物生長(zhǎng)，調(diào)節(jié)水分循環(huán)，影響物種分布與多樣性。充足的光照、太陽(yáng)輻射也是維持森林生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)的必要自然條件之一。

廣西地處低緯度地區(qū)，北回歸線橫貫中部，屬中、南亞熱帶季風(fēng)氣候，熱量豐富、日照充足，光熱資源豐沛。汪姚、李嵐、李晶晶等研究發(fā)現(xiàn)中國(guó)及大部分省域的日照時(shí)數(shù)隨著時(shí)間的變化主要呈現(xiàn)逐年減少的趨勢(shì)，韋超、陸蘭生、廖家旺分析了廣西及市縣（區(qū)）日照資源分布狀況，一定程度上揭示了日照時(shí)間尺度變化規(guī)律及空間尺度分布特征。鑒于廣西地區(qū)地形錯(cuò)綜復(fù)雜，氣候多變，隨著全球氣候變化的日益加劇，日照的日寸空分布規(guī)律也在發(fā)生變化。因此，深入研究在氣候變化背景下廣西日照時(shí)空分布特征并探討其對(duì)森林生態(tài)環(huán)境的影響，顯得尤為重要和迫切。此研究的成果將為廣西光照資源的充分挖掘和有效利用提供數(shù)據(jù)支持與科學(xué)指導(dǎo)，對(duì)促進(jìn)資源可持續(xù)管理、合理規(guī)劃產(chǎn)業(yè)布局等方面具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1資料和方法

1.1資料

收集和整理1961年-2020年廣西91個(gè)國(guó)家氣象觀測(cè)站日照時(shí)數(shù)、日照百分率逐日觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)觀測(cè)記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，計(jì)算得出了各站點(diǎn)的月、季、年值，數(shù)據(jù)來(lái)源于廣西壯族自治區(qū)氣象信息中心。

收集和整理2015年-2020年廣西全區(qū)、14個(gè)市的森林覆蓋率數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源于廣西壯族自治區(qū)統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站。

1.2方法

采用線性傾向估計(jì)方法根據(jù)統(tǒng)計(jì)的日照時(shí)數(shù)、日照百分率逐年值，利用線性回歸方法對(duì)逐年時(shí)間序列進(jìn)行擬合，分析隨時(shí)間發(fā)生的直線傾向率變化情況并揭示日照變化趨勢(shì)。

采用距平分析法、低頻濾波方法根據(jù)逐年日照時(shí)數(shù)的距平，分析日照隨時(shí)間的階段性變化，由曲線明顯的上下起伏直觀判斷其長(zhǎng)期顯著的演變趨勢(shì)及持續(xù)性變化。

采用反距離權(quán)重插值方法對(duì)年日照時(shí)數(shù)、日照百分率數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值處理，基于sufer制圖軟件，繪制廣西區(qū)域空間化的年、四季日照時(shí)數(shù)和日照百分率分布圖。

2日照時(shí)間變化特征

2.1日照年際變化

從年際時(shí)間跨度上看，日照時(shí)數(shù)在1961年至2020年間呈現(xiàn)出一個(gè)波動(dòng)遞減的趨勢(shì)（如圖1所示）。具體而言，日照時(shí)數(shù)在20世紀(jì)的60年代到80年代以及21世紀(jì)初OO年代里相對(duì)較多，而到了20世紀(jì)90年代及21世紀(jì)10年代，則進(jìn)入了偏少時(shí)期。為了過(guò)濾掉日照年變化的高頻噪聲和短期天氣波動(dòng)，進(jìn)一步揭示日照具有明顯的年際波動(dòng)特征，從圖1中的日照低頻濾波曲線很明顯地可以看出，日照時(shí)數(shù)在20世紀(jì)90年以前、21世紀(jì)初期前10年以偏多為主，20世紀(jì)末期10年偏少，尤其進(jìn)入21世紀(jì)10年以后持續(xù)偏少。

近60年廣西全區(qū)日照時(shí)數(shù)整體都呈顯著減少趨勢(shì)，減幅為37.9h/10a，通過(guò)0.001顯著性檢驗(yàn)。在廣西全境范圍內(nèi)，年日照時(shí)數(shù)的峰值出現(xiàn)在1963年，當(dāng)年累計(jì)日照時(shí)長(zhǎng)高達(dá)1921.2h，較多年平均水平高出403h；與此形成鮮明對(duì)比的是1997年，該年的日照時(shí)數(shù)降至歷史最低點(diǎn)，僅為1227.1h，比多年平均值少了291.1h，顯示了年際間日照時(shí)數(shù)的顯著波動(dòng)。

2.2日照季節(jié)變化

廣西的日照時(shí)數(shù)和日照百分率表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化特征，特點(diǎn)是夏季日照最為充沛，其次為秋季，而冬季日照則最為稀少（如圖2所示）。這種季節(jié)性變化具體表現(xiàn)為：

春季（3月至5月），隨著太陽(yáng)直射角度的提升，日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。此時(shí)，廣西全區(qū)的日照時(shí)數(shù)為297.5h，日照百分率為25%。

夏季（6月至8月），由于太陽(yáng)直射點(diǎn)靠近北回歸線，廣西受到副熱帶高壓的控制和影響，日照強(qiáng)烈且頻繁，日照時(shí)數(shù)高達(dá)532h，日照百分率達(dá)到44%。

秋季（9月至11月），全區(qū)日照時(shí)數(shù)為472.4h，日照百分率為45%。值得注意的是，桂東和桂南地區(qū)因受副熱帶高壓控制，常有晴朗天氣，日照時(shí)數(shù)可達(dá)500h以上，然而，桂西北和桂北山區(qū)因位于副熱帶高壓邊緣，降雨較多，日照時(shí)數(shù)則低于400h。

冬季（12月至次年2月），廣西上空常有冷暖氣團(tuán)交匯，導(dǎo)致云層密集，日照時(shí)間明顯減少，日照時(shí)數(shù)在251.3h，日照百分率回落至25%。

2.3日照月際變化

從日照的月度變化曲線來(lái)看（如圖3所示），廣西日照月際變化趨勢(shì)呈現(xiàn)出以下特征：從3月到7月，日照時(shí)數(shù)呈現(xiàn)出逐月上升的態(tài)勢(shì)，在7月或8月達(dá)到峰值；自9月開始各地的日照時(shí)數(shù)開始逐步減少，直至翌年的2月降至全年最低水平。日照百分率與日照時(shí)數(shù)的月際變化波動(dòng)趨勢(shì)相吻合，二者全年最低點(diǎn)出現(xiàn)在每年的2月或3月，由于頻繁的陰雨天氣，這時(shí)段內(nèi)導(dǎo)致全區(qū)平均日照時(shí)數(shù)降低至60h～66h，日照百分率也相應(yīng)地減少至18%～19%。相比之下，大部分地區(qū)在8月到9月期間，日照時(shí)數(shù)及日照百分率達(dá)到最高，由于副熱帶高壓的控制，晴朗天氣顯著增多，全區(qū)平均日照時(shí)數(shù)為180h～194h，日照百分率為49%。

3日照空間分布特征

3.1年日照時(shí)數(shù)空間分布

廣西各地的年平均日照時(shí)數(shù)范圍為1179～2216h，空間分布呈現(xiàn)出明顯的地域特點(diǎn)：南部地區(qū)日照時(shí)數(shù)普遍高于北部，河谷和平原地帶的日照時(shí)間多于丘陵和山區(qū)。具體而言：

桂北的北海市、玉林市大部、梧州市東南大部、欽州市南部、防城港市北部以及右江河谷區(qū)域還有上思、寧明等縣，年日照時(shí)數(shù)均超過(guò)1700h，其中潿洲島的日照時(shí)數(shù)最為豐富，高達(dá)2216h。相對(duì)的，河池、桂林、柳州三市的大部分地區(qū)，百色市東北和西南部分地區(qū)，以及賀州、梧州、貴港、來(lái)賓四市交界地帶，年日照時(shí)數(shù)則不足1500h。特別是在桂北與湖南、貴州交界處的邊緣縣份，日照時(shí)數(shù)甚至低于1300h。值得一提的是，位于大瑤山區(qū)的金秀縣，全年日照時(shí)數(shù)僅為1179h，是廣西有氣象日照時(shí)數(shù)記錄最少的站點(diǎn)。廣西其余地區(qū)，年日照時(shí)數(shù)則介于1500h至1700h之間（見圖4）。

3.2年日照百分率的空間分布

廣西各地區(qū)的年平均日照百分率分布為27%～50%，空間分布特征呈現(xiàn)出顯著的地理差異：南部區(qū)域的日照百分率普遍高于北部，河谷和平原地帶的日照百分率高于丘陵和山區(qū)。具體而言：

位于南部的北海市以及上思、田陽(yáng)等地區(qū)，年日照百分率均在40%以上，其中潿洲島的日照百分率最高，達(dá)到了50%。桂林、柳州、河池三市，百色市的西南部與東北部山區(qū)，南寧市北部，來(lái)賓市東西兩側(cè)、賀州北部和西部以及梧州和貴港北部等地，年日照百分率則在35%以下；尤其是在桂北地區(qū)，接近湖南和貴州兩省邊界的一些縣份，以及金秀縣，日照百分率更是低于30%，金秀和天峨兩地的日照百分率最低，僅有27%。廣西的其余地區(qū)，年日照百分率則集中在35%至40%之間（見圖5）。

4森林生態(tài)環(huán)境的影響分析

與森林生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系是復(fù)雜且相互作用的，它們共同影響著一個(gè)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和生物多樣性。太陽(yáng)與森林覆蓋率之間存在密切的關(guān)系，是影響森林生長(zhǎng)和發(fā)育的重要因素之一，而森林覆蓋率的變化也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境條件產(chǎn)生反饋?zhàn)饔谩Ｅc森林覆蓋率之間的關(guān)系主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

4.1日照對(duì)森林生態(tài)環(huán)境的影響

（1）光合作用：森林樹木通過(guò)光合作用將光照的部分能量轉(zhuǎn)化為生物能儲(chǔ)存在森林生態(tài)系統(tǒng)中，這是維持森林生態(tài)中全部動(dòng)植物的生物量及生命過(guò)程的基礎(chǔ)。日照時(shí)數(shù)的長(zhǎng)短和光照強(qiáng)度的變化會(huì)直接影響光合作用的效率和強(qiáng)度，從而影響森林的生長(zhǎng)速度和健康狀況。

（2）植被生長(zhǎng)：日照時(shí)數(shù)和光照強(qiáng)度的增加有利于陽(yáng)性植物的生長(zhǎng)和繁育。一般來(lái)說(shuō)，日照時(shí)數(shù)越長(zhǎng)，越有利于植被的生長(zhǎng)發(fā)育，從而提高森林的覆蓋率和生物量。然而，對(duì)于耐陰性植物來(lái)說(shuō)，過(guò)強(qiáng)的日照可能會(huì)對(duì)其生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。

（3）生態(tài)環(huán)境：日照還與高溫等環(huán)境因素產(chǎn)生疊加效應(yīng)，影響森林的蒸騰作用和水分平衡。當(dāng)日照與高溫的共同作用可能導(dǎo)致植物蒸騰加快，水分喪失過(guò)多，從而限制樹木的生長(zhǎng)量，進(jìn)而影響森林的覆蓋率和生態(tài)安全。

4.2森林覆蓋率對(duì)日照的反饋?zhàn)饔?/p>

（1）氣候調(diào)節(jié)：森林作為地球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有顯著的氣候調(diào)節(jié)功能。高森林覆蓋率能夠增加地表的粗糙度，降低風(fēng)速，減少蒸發(fā)，從而在一定程度上影響日照的分布和強(qiáng)度。此外，森林還能通過(guò)蒸騰作用等方式影響局部氣候環(huán)境。

（2）生態(tài)平衡：森林覆蓋率的增加有助于維持生態(tài)平衡和生物多樣性。一個(gè)健康、穩(wěn)定的森林生態(tài)系統(tǒng)能夠更好地適應(yīng)氣候變化和自然災(zāi)害等外部因素的沖擊，從而保持內(nèi)部的日照等環(huán)境條件的相對(duì)穩(wěn)定。

4.3廣西日照與森林覆蓋率的關(guān)系

相關(guān)研究表明，日照時(shí)數(shù)是影響森林覆蓋率的主要因素之一。但是，日照對(duì)森林生態(tài)環(huán)境的影響是復(fù)雜且非線性的關(guān)系。以上章節(jié)研究結(jié)果顯示，廣西全區(qū)的年均日照時(shí)數(shù)為2000h～2800h之間，不同地區(qū)的日照時(shí)數(shù)存在明顯差異；同時(shí)，廣西全區(qū)的森林覆蓋率也在逐年提高，從2015年的62.2%增長(zhǎng)到2020年62.5%。對(duì)2015年一2020年廣西全區(qū)、14個(gè)市的森林覆蓋率和日照時(shí)數(shù)進(jìn)行相關(guān)性研究，結(jié)果顯示二者沒有通過(guò)相關(guān)性檢驗(yàn)，表明二者線性相關(guān)不顯著（如圖6所示）。由此可見，日照與森林覆蓋率之間的關(guān)系并非靜態(tài)不變，而是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程。不同地區(qū)的日照條件和森林生長(zhǎng)狀況受到多種因素的影響，因此日照與森林覆蓋率之間的關(guān)系是復(fù)雜且相互作用的，它們共同影響著一個(gè)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和生物多樣性。

5結(jié)論

廣西各地年日照時(shí)數(shù)為1176h～2217h，年日照百分率為27%～50%。廣西日照的時(shí)間變化規(guī)律表現(xiàn)為逐年波動(dòng)且顯著下降的趨勢(shì)，平均遞減速率為37.9h/10a，從年際上看出現(xiàn)兩個(gè)高峰期（20世紀(jì)60年代至80年代、21世紀(jì)初）和兩個(gè)低谷期（20世紀(jì)90年代、21世紀(jì)10年代）；日照表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性，夏季最為充沛，冬季則最少，日照在7月-9月最高，2月-3月降至全年最低。廣西的日照在空間分布上呈現(xiàn)出南多北少、平原多于丘陵山地的特點(diǎn)，其中，右江河谷、北海、玉林大部分區(qū)域以及梧州東部、欽州、上思、寧明等地，年日照時(shí)數(shù)超過(guò)1700h，北海、上思、田陽(yáng)等地的日照百分率高于40%；極少值區(qū)域主要分布在廣西北部與湖南、貴州交界處的縣份以及金秀縣。日照與森林覆蓋率關(guān)系復(fù)雜，相互影響生態(tài)環(huán)境，廣西研究表明二者關(guān)系非線性，呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，共同作用于生態(tài)環(huán)境和生物多樣性。