近50年浙江省日照时数的时空特征及影响因素

张立波

(浙江省绍兴市气象局，浙江绍兴 312000)

近年来，气候与环境的变化已受到越来越多的关注。气候变化会引起大气化学结构和物理结构的改变，进而影响到太阳辐射状况的变化。日照时数是太阳辐射能最直接的反映，探讨气候与环境变化对日照时数的影响具有重要意义。由于日照变化受太阳常数、云量、降水量、大气透明度、水汽压和平均风速等许多要素的影响，区域性日照变化研究往往更具现实意义。近年来，许多学者对不同区域太阳辐射和日照时数的变化及其影响因素进行了分析研究［1-6］，得出了许多有意义的结论。任国玉等［7］研究了1956-2002年中国年日照时数变化，指出近50年来我国年日照时数呈显著减少趋势，减少最明显的地区在华北和华东，新疆次之。王钊等［8］分析了近60年西安日照时数变化特征及其影响因子，指出近60年西安日照时数明显下降，以春、夏季最为明显，秋、冬季次之，西安及其以东地区日照时数的下降不是气溶胶的间接效应引起的，很可能是气溶胶的直接辐射效应所致。Stanhill等［9］研究指出，气溶胶和云量的增加是近年来全球太阳辐射下降的主要原因。杜军等［10］分析指出，西藏近35年大部分地区年、季日照时数的显著下降与水汽压的增加密切相关。彭云峰等［11］研究表明近50年福建省年及四季日照时数的显著减少与低云量增加关系密切，冬季日照时数的减少还与水汽压增加有关。浙江省地处中国东部沿海，属亚热带季风气候，具有光照充足、雨热同季、四季分明等气候特点。目前，对浙江省降水、温度等的变化特征，很多学者已从不同角度进行了大量的研究［12-13］，但对整个浙江省日照时数的时空变化及其变化原因的研究报道还很少见。作者对浙江省近50年来 (1961-2010年)年、季、月的日照时数的变化特征及其影响因素进行全面的分析，以期了解近50年浙江省日照时数的变化规律及其变化原因，为合理布局农业生产、调整种植结构，城市规划设计及太阳能资源利用等方面提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

材料来源于中国气象局国家气象信息中心提供的浙江省16个测站逐日、逐月和逐年日照时数、降水量、平均相对湿度、平均风速、总云量和低云量材料，数据时段以1961年1月至2010年12月为主，冬季数据时段为1961年12月至2011年2月，材料年代为50年。16个站分别是杭州、平湖、慈溪、嵊泗、定海、金华、嵊州、鄞州、石浦、衢州、丽水、龙泉、温州、洪家、大陈岛、玉环。测站东部分布较密集，西部分布较稀疏一些。春季为3-5月，夏季为6-8月，秋季为9-11月，冬季为12-2月。昼雨日定义为8:00-20:00降水量≥0.1 mm的日数，从逐日降水量材料中统计年昼降水量和昼雨日数。

1.2 方法

在建立浙江省平均日照时数时间序列时，采用Jones等［14］提出的计算区域平均时间序列的方法。首先把浙江省整个区域按经纬度划分为10×10网格，然后求每个网格内所有站点日照时数的算术平均值，最后应用面积加权法求所有网格的加权平均值。为了解气象要素的长期趋势变化，计算了气象要素的时间序列与自然数序列之间的相关系数［15］(称为趋势系数)。对趋势系数的统计检验采用随机Monte Carlo显著性检验［16］。为定量地表示两幅图的相似程度，计算了图型之间的相似系数［13］。EOF分解方法采用的是施能［17］的方法，为检测气象要素序列的变化是否有突变，采用Yamamoto检验方法［18］。空间插值方法采用 Regularized Spline(规则样条函数)，并用ArcGIS进行空间表达。

2 结果与分析

2.1 空间分布特征

浙江省区域平均年日照时数1 875.2 h，季节日照时数从大到小依次为夏 (617.6 h)、秋、春、冬 (360.3 h)。月日照时数从大到小依次为7月(238.2 h)、8月、9月、10月、5月、6月、11月、12月、4月、3月、1月、2月 (104.1 h)，月日照时数的年变化基本表现为从7月向前后两端减少的特征，其与太阳高度角的变化规律基本一致，但略有滞后，此外梅雨期对6月及春季连阴雨对2-3月日照时数的影响也比较明显。从季、月均方差看，春季和4月日照时数均方差最小，而夏季和8月均方差最大。

由图1可见，浙江省多年平均的年日照时数呈东北多西南少的分布形式，日照时数最多的在嵊泗(2 064.2 h)，其次为平湖 (2 033.3 h)，最少的是丽水 (1 701.5 h)。浙江省多年平均的季和月总日照时数的空间分布特征与年总日照时数的空间分布极为相似，相似系数在0.99以上，均呈东北多西南少，其差异主要体现在高、低值区的分布上。与年日照时数的空间分布相比，夏季及6-8月在金衢盆地为一日照时数高值区，秋季及9-12月沿海站点日照较多，全省其他地区分布均匀。

图1 浙江省多年平均年日照时数空间分布

2.2 时间变化

2.2.1 年总日照时数

图2中a是浙江省16站平均的年总日照时数的时间序列，可以看出，日照时数总体呈减少趋势。经计算年日照时数趋势系数为-0.66(P＜0.001)，回归系数为每10年-74.2 h(即平均每10年减少74.2 h)］。从高斯滤波线的变化上看，较明显的年代际转折发生在20世纪80年代初期，此期以前，年日照时数以偏多为主，20世纪60年代偏多最为明显，之后日照时数明显减少 (基本都是负距平)。图2中b是对16站的年日照时数EOF分解的第1时间系数 (数值已标准化)。图2中b与a非常相似，都可以说明浙江省的年日照时数在大幅明显减少，从20世纪80年代初期开始日照时数减少更明显一些。各季节的日照时数也都呈减少趋势，夏、秋、冬3季都达0.01信度检验，其中夏季日照时数减少最明显也最多，其次依次是秋季、冬季和春季。近30年 (1981-2010年)，年及四季日照时数减幅缩小，年及夏、秋、冬3季仍呈减少趋势，但都不显著，春季转为每10年以18.1 h的速度增加。

为了解空间变化，我们逐站地计算趋势系数，并做出年日照时数趋势系数的空间分布图 (图3中a)，同时给出年日照时数回归系数的空间分布(图3中b)。由图3中a与b可见，浙江省年日照时数呈大范围减少趋势，除大陈岛显著上升外(趋势系数0.32，回归系数每10年36.6 h)，其余站点均明显下降 (P＜0.01)，除东北部的平湖和嵊泗2站外减少幅度每10年都在80 h以上，最强的负趋势在温州 (趋势系数-0.71，回归系数为每10年-89.5 h)，减少最多的是玉环 (趋势系数-0.70，回归系数每10年-110.7 h)。

图2 浙江省年日照时数的时间变化 (a)和年日照时数EOF分解的第1时间系数 (b)

图3 浙江省年日照时数趋势系数 (a)及回归系数 (b)的空间分布

2.2.2 季日照时数

由图4可见，浙江省四季日照时数趋势变化空间分布基本一致，由北到南，减少趋势逐步增强，最强的负趋势位于浙江省东南部，在浙江省东北部秋季和冬季呈弱减少趋势，春季则为弱增加趋势。夏、秋、冬3季除大陈岛呈增加趋势外，其他地区基本都是显著的负趋势。春季大陈岛呈显著正趋势，玉环为显著负趋势，其余测站正负趋势变化都不显著。

用Yamamoto检验方法对16个站年日照时数的时间序列进行了突变检验，结果发现，鄞州、衢州、玉环和大陈岛存在突变，其中鄞县、衢州和玉环年日照时数在20世纪80年代中期以后明显减少，而大陈岛在80年代中期以后则明显增加。

2.3 影响日照时数的主要气候要素

2.3.1 影响因子的变化趋势

日照变化与许多因子有关，已有研究表明［7-11］，云量、降水量、大气透明度、水汽压、平均风速等对日照时数变化都有很大影响，由于材料限制，作者重点分析云量、降水量和平均风速对日照时数的影响。

浙江省1961-2010年近50年来，全省昼降水量普遍增加，但大都不显著，仅在东北部的平湖、定海和嵊泗降水量增加超过0.05显著水平;与降水量趋势变化不同的是，全省的昼雨日数却是大范围减少，只在东北部区域呈弱增加趋势。全省年平均总云量和低云量变化趋势基本相反 (相似系数-0.47)，年平均总云量大范围减少，仅在慈溪和平湖2站呈弱增加趋势，而年平均低云量则是大范围显著增加，只有大陈岛1站呈弱减少趋势。近50年来，年平均风速除丽水站无明显趋势变化外，全省其余站点均显著下降。

图4 浙江省春季 (a)、夏季 (b)、秋季 (c)、冬季 (d)日照时数趋势系数空间的分布

2.3.2 影响因子与日照时数的相关分析

对16个站点年日照时数与同站总云量、低云量、昼降水量、昼雨日、平均风速的相关系数统计结果 (表1)发现，所有站点年日照时数与总云量、低云量、昼降水量、昼雨日均呈负相关关系，且绝大多数站点达到0.05及以上显著水平，符合降水量和云量增加时日照减少的一般规律;除大陈岛年平均风速与日照时数呈显著负相关外，其余大部分站点两者呈显著正相关关系。计算全省加权平均的年总云量、低云量、昼降水量、昼雨日和平均风速与日照时数的相关系数分别为 -0.53，-0.82，-0.64，-0.44和0.65，全都达0.01以上显著水平。综上说明，无论从区域平均还是单站来看，年日照时数与总云量、低云量、昼降水量和昼雨日的负相关关系及其与平均风速的正相关关系都是十分显著的。

表1 浙江省16个站年日照时数与其影响因子相关系数的统计特征

2.3.3 日照时数减少的原因

根据上述分析，年日照时数与昼降水量、昼雨日、总云量和低云量均呈显著的负相关关系，与平均风速则呈显著的正相关关系，也就是昼降水量、昼雨日和云量增加，日照时数减少，而平均风速减小，日照时数也减少。由近50年浙江省云量、降水和平均风速的趋势分布来看，总云量和昼雨日都呈减少趋势，降水量呈弱增加趋势，只有低云量和平均风速分别呈显著增加和显著减少趋势，说明中高层云量和降水量变化并不是主要原因，而低云量的增加及平均风速的减小是浙江省日照时数减少的主要原因，这可能与气溶胶的云、反照率间接效应有关。由于风速逐年减小，低层大气中水汽和污染物不易扩散，使大气低层气溶胶浓度增大，云量增加，空气透明度下降，导致到达地面的太阳辐射减少，日照时数也减少。

3 小结与讨论

研究了浙江省近50年年、季、月的日照时数的空间分布特征。浙江省夏季日照时数最多，其次为秋、春与冬季。月日照时数的年变化基本表现为从7月向前后两端减少的特征。夏季及8月日照时数的年际变化最大，春季及4月的均方差最小。浙江省年日照时数为1 701.5～2 064.2 h，多年平均的年、季、月日照时数空间分布均呈东北多西南少的规律。

在分析期内，浙江省平均年日照时数表现为极显著的减少趋势，平均每10年减少74.2 h。各季的日照时数都是负趋势，夏、秋、冬3季减少趋势明显，夏季减少最明显也最多，其次依次是秋季、冬季和春季，春季为弱减少趋势。近30年的年及夏季、秋季和冬季日照时数减幅缩小，春季则转为以每10年18.1 h的速度在增加。浙江省年及夏、秋、冬3季日照时数除大陈岛呈增加趋势外，其他各地一致呈显著减少趋势，春季各站趋势变化大都不明显。日照时数长期趋势变化有明显空间变化。浙东南地区日照时数减少最明显，由南向北，减少趋势逐步减弱，春季在浙东北地区呈弱增加趋势。鄞州、衢州、玉环和大陈岛年日照时数有明显突变，突变主要发生在20世纪80代中期，其他地区的年日照时数没有明显的突变。

年日照时数与昼降水量、昼雨日、总云量和低云量均呈显著的负相关关系，与平均风速呈显著正相关关系。近50年浙江省日照时数减少主要与低云量的增加和平均风速减少有密切关系，这可能与气溶胶的云、反照率间接效应有关。

本研究表明近50年浙江省四季日照时数明显减少，相关研究［19-20］表明该区域春季和秋季降水量略有减少，夏季和冬季略有增加，各季热量资源均呈增加趋势，这些既有有利于作物生长的变化，也有作物生长的制约因素，非常值得有关生产部门注意。此外，有关该区域光、温、水等气候资源的不同配置对作物生长的影响，有待于今后继续深入研究。

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