黔东南州近40 a日照时数变化特征分析

姚晓兰，吴就勇，罗 俊

(贵州省三穗县气象局，贵州 三穗 556500)

1 引言

太阳辐射是地球上一切能量的主要来源，它的变化对大气热力状况、生物生长以及人类活动等都有着显著的影响。到达地面的太阳辐射与太阳常数、云量、大气中的水汽含量以及大气气溶胶含量等有密切关系。太阳辐射变化的最直接反映是日照时数的变化。

近年来，环境与气候的变化日益受到人们的关注。日照时数是影响气候变化、地球生态系统和人类活动的重要驱动力之一，因此在气候变化研究中越来越受到重视。大多数研究发现全球太阳辐射量表现出逐年降低趋势，并把这种现象称为“全球变暗”［1－2］，对全球大多数地区太阳辐射或日照时数的研究也证实了这一结论，如美国、西欧和中欧的大多数地区等［3－4］。我国关于日照时数变化的研究也有不少，吴昊文［5］等发现，浙江省日照时数呈明显的减少趋势，以夏季最为明显，而春季的日照时数变化与年变化不一致，呈增加趋势变化。靳利梅［6］指出，上海地区日照时数呈显著减少趋势变化，其中夏季、秋季和冬季日照时数显著减少，春季日照时数变化不显著;年日照时数与降水量和降水日数呈极显著的负相关，各季日照时数与云量、水汽压和降水基本都呈显著的负相关。杨小梅［7］研究中国西南地区日照时数的变化时发现，中国西南地区日照时数的降低主要发生在低海拔区，特别是四川盆地和贵州高原，而位于高海拔区的大多数台站降低幅度较小或为增加趋势。本文通过相关统计分析方法，对贵州黔东南州日照时数变化特征进行初步分析。

2 资料和方法

本文选取黔东南州16 个台站1971—2011年各站各月日照时数、月平均总云量、月平均低云量资料进行分析。

研究方法采用线性趋势分析法、Mann－Kendall 法［8］。

季节划分按气候学划分法，春季:3—5月;夏季:6—8月;秋季:9—11月;冬季:12月—次年2月。

3 研究结果与分析

3.1 黔东南州日照时数的时间变化

3.1.1 全年日照时数的时间演变特征 通过统计计算可得，1971—2010年，黔东南州的年日照时数的多年平均值为1 186.4 h，年日照时数最多为1 410.7 h，出现在1978年，年日照时数最少为1 021.1 h，出现在2005年，两者差值为389.6 h，占多年平均值的32.8%，充分表明，日照时数年际振荡较大。根据黔东南州1971—2010年的逐年日照时数，作出黔东南州逐年日照时数及变化趋势图(图1)。由图中可以看出，1971—2010年，黔东南州日照时数有明显的年际变化特征，总体呈下降的线性趋势。1971—1976年，日照时数呈下降变化，且除1976年外，日照时数均在40 a 平均值水平之上;1978—1984年，日照时数也呈波动下降变化;1984—1988年，日照时数呈上升变化;1988—2005年，日照时数基本呈下降变化;2005年后，日照时数略有回升。通过计算得出1971—2010年，黔东南州年日照时数的一元线性变化趋势系数为－34.63，日照时数与时间的相关系数r =0.441，通过α =0.01显著性检验，说明，1971—2010年黔东南州年日照时数的线性减少变化趋势是显著的。

图1 1971—2010年黔东南地区逐年日照时数及变化趋势图

3.1.2 四季日照时数的时间演变特征 利用黔东南地区1971年3月—2011年2月的月日照时数，计算出黔东南地区1971—2010年春、夏、秋、冬四季的平均日照时数(见表1)。

表1 1971—2010年多年平均的黔东南州各季日照时数

由表1 可以看出，黔东南州日照时数为夏季最多，秋季次之，然后为春季，冬季日照时数最少;夏季日照时数约占全年日照时数的38.4%，秋季占26.4%，春季占21.9%，冬季占13.3%。

对四季逐年日照时数变化曲线图(图2)进行分析，分别计算各季日照时数一元线性变化趋势系数及相关系数。由图2a 中可以看出，近40 a 以来，黔东南州春季日照时数在平均值上下波动变化，线性趋势变化不明显，一元线性趋势变化曲线，基本与40 a 平均值线重合;1971—1974年日照时数多偏高于多年平均值;而1975—1984年，日照时数多偏低于多年平均值;之后，日照时数在平均值上下波动变化。通过一元线性回归分析，计算出春季的日照时数变化趋势系数为0.86，并未通过显著性检验，说明春季的线性变化趋势不明显。

夏季(见图2b)，1972年日照时数为逐年中的最高值;其后至1974年急剧下降至逐年次低值，然后开始波动上升;上升趋势至1985年结束，又开始下降。近40 a的总体变化趋势为减少，趋势系数为－24.91，相关系数通过显著性检验，说明夏季的线性减少趋势是明显的。

秋季(见图2c)，日照时数总体呈波动下降变化趋势，特别是1971—1998年间，日照时数在平均值上下波动变化，但1999年后，进入寡照时期，12 a 中日照时数仅有2 a 高于平均值，且偏高不多。日照时数整体呈下降趋势变化，趋势系数为－6.67，但未通过显著性检验。

冬季(见图2d)，日照时数的变化趋势与秋季变化趋势相似，2000年后进入寡照期，11 a 中仅有3 a日照时数高于平均水平;线性变化趋势为－4.46，也未通过显著性检验。

3.1.3 日照时数的年代际变化 表2 是黔东南州1971—2010年不同年代日照时数的平均值，由表中可以看出，春季日照时数各年代是呈增加趋势变化的;夏季日照时数20 世纪70—80年代之间为增加变化，但进入90年代，日照时数明显减少，到本世纪后，日照时数仍呈减少趋势变化;秋季各年代的日照时数是波动变化的;而冬季各年代的日照时数变化正好与春季相反，均为减少，但减少不明显。各年代的年日照时数变化也呈单调减少的变化，特别是90年代，较80年代减少较多。

表2 1971—2010年黔东南州不同年代日照时数特征统计

3.1.4 日照时数的突变分析 用Mann－Kendall方法检验黔东南州1971—2010年的全年及四季日照时数序列的突变状况，结果见图3。由图中可以看出，在年日照时数的Mann－Kendall 检验中，UFk值均＜0，说明年日照时数是呈减少趋势变化的。UFk和UBk曲线的交点较多，但突变点为1992年。

春季、秋季、冬季的UFk线均在α =0.05的临界值曲线之间，日照时数没有发生突变。

夏季的UFk值大多＜0，说明夏季日照时数也是呈下降趋势变化。2001年后，UFk值超出了信度线，说明下降趋势明显。UFk和UBk曲线有2 个交点，分别为1991年和1992年，第1 个交点相交后，UFk曲线并没有超过α =0.05的信度线，第2 个交点后，UFk值超出了α =0.05的信度线，所以，确定1992年为黔东南地区夏季日照时数的突变点。

图2 1971—2010年黔东南州逐年春(a)、夏(b)、秋(c)、冬(d)各季日照时数及变化趋势图

图3 1971—2010年黔东南州日照时数Mann－Kendall 统计量曲线图

3.2 黔东南州日照时数变化与云量变化的相关分析

影响日照时数变化的因子有很多，本文从云量变化的角度，分析其对黔东南地区日照时数的影响。

图4 为1971—2010年黔东南州逐年云量及变化趋势图。由图中可以看出，近40 a 以来，黔东南州年平均总云量呈波动减少趋势变化，低云量相反，呈波动增加趋势变化。总云量的线性趋势为－0.84% /10 a，低云量的线性变化趋势为1.85% /10 a，均通过α=0.05 显著性检验。

图5 为1971—2010年黔东南州各季低云量的变化趋势图。由图中可以看出，近40 a 以来，黔东南州各季节的低云量均呈增加变化。其中春季，80年代初期以前，低云量呈减少变化，20 世纪80年代至90年代末期，低云量为增加变化阶段，其后至2007年，云量为减少变化，2007年以后，低云量又开始增加。而夏季的低云量在80年代以前为一个增加变化，1980年后至1985年，日照时数减少，其后至20 世纪末，低云量为一个持续的增加变化过程，进入21 世纪后，夏季的低云量变化较为平缓。秋季的低云量变化波动性较大，80年代前，为减少变化，1980—1985年，为增加变化，1985—1992年，低云量又开始减少，1992—1997年，低云量为增加变化，1997年后，低云量又开始减少，但减少幅度小。冬季的低云量也是呈增加变化。从20 世纪70年代中期开始一直到90年代末期，低云量一直在增加，90年代后至本世纪初期，低云量有所减少，减幅小。

图4 1971—2010年黔东南州年平均总云量(a)、低云量(b)及变化趋势

图5 1971—2010年黔东南地区逐年各季节低云量的变化趋势

表3 1971—2010年黔东南地区日照时数与云量的相关系数

表4 1971—2010年黔东南地区云量趋势系数及显著性 (单位:% /10 a)

对黔东南州1971—2010年的全年和四季总云量、低云量的变化趋势以及与日照时数的变化关系进行分析，结果见表3 及表4。其中，表3 为云量与日照时数的相关系数，表4 为云量的变化趋势。

由日照时数与云量的相关系数可见，日照时数与云量呈显著的负相关关系，云量增加，日照时数减少。年日照时数与平均低云量的相关性更密切，这是因为云对太阳辐射的反射能力随云状和云的厚度而不同，高云反射率约为25%，中云为50%，低云为65%，稀薄的云层也可反射10%～20%。随着云层增厚反射增强，厚云层反射可达90%［9］。

在1971—2010年中，全年及各季平均总云量均呈减少趋势变化，春季平均总云量的减少趋势通过α=0.01 显著性检验;而年平均总云量的减少，通过α=0.01 显著性检验。

对于平均低云量而言，近40 a，平均低云量呈增加趋势变化，夏季的增加趋势最为显著，其次为冬季，再次为秋季，而春季的平均低云量变化不明显。

黔东南州1971—2010年春季总云量减少明显，而低云量变化不明显，因此，春季日照时数有小的增加趋势;而夏季总云量变化不明显，而低云量增加最明显，且该季日照时数与低云的反相关最大(－0.904)，导致夏季日照时数减少最显著;秋季总云量减少，低云量有所增加，总云量的减少趋势较低云量的增加趋势小，因而秋季日照时数呈减少趋势变化;冬季总云量的变化最不明显，低云量的增加趋势在四季中仅次于夏季，但日照时数的减少趋势在四季中次于夏季和秋季，由此可知，日照时数的减少，不仅仅取决于云量的变化，还与其它的一些要素相关。

4 结论

通过对1971—2010年黔东南州日照时数的时空变化特征及与云量变化关系的分析，得出如下主要结论:

①黔东南地区1971—2010年的年日照时数呈显著下降趋势变化。春季日照时数变化不明显，夏季显著减少，秋季和冬季也呈减少趋势变化，但变化趋势不如夏季明显。

②从年代际变化来看，黔东南州自上世纪70年代以来，各年代间日照时数呈减少变化，其中，变化最剧烈为20 世纪80年代至90年代;黔东南州年日照时数的突变点为1992年。

③黔东南地区日照时数的减少，与低云量的增加有显著相关。

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［6］靳利梅.近50年上海地区日照时数的变化特征及影响因素［J］.气象科技，2012，40(2):293－298.

［7］杨小梅，安文玲，张薇，等.中国西南地区日照时数变化及影响因素［J］.兰州大学学报(自然科学版)，2012，48(5):52－60.

［8］魏凤英.现代气候统计诊断预测技术［M］，2 版.北京:气象出版社，1999:43－76.

［9］李爱贞，刘厚凤.气象学与气候学基础(第二版)［M］.北京:气象出版社，2004:39.