陕西省日照时数季节变化特征分析

高 蓓，卫海燕，郭彦龙，董金芳

（1．陕西师范大学 旅游与环境学院，陕西 西安710062；2．陕西省农业遥感信息中心，陕西 西安710015）

20世纪全球气候增暖显著［1］，太阳作为地球的能源，其活动变化是气候变化的主要驱动力［2］。日照时数作为太阳活动的表现形式，是气候资源的重要因素之一，研究其变化特征对清洁能源开发，农业生产合理布局和旅游资源的发展有着重要意义［3－5］。近几十年来，国内外有不少学者对太阳辐射、日照时数的气候变化进 行 过 研 究。Standil等［6］，Wild 等［7］，Power［8］，Kaiser等［9］研究发现全球许多地区到达地面的太阳辐射变化明显，其中20世纪50—80年代全球大部地区太阳辐射是下降的，80年代以后，全球部分地区太阳辐射呈上升趋势。徐宗学等［10］认为黄河流域1958—2001年的日照时数总体上呈下降趋势。郭军等［11］发现近40a天津地区日照时数呈明显的下降趋势，能见度下降是造成日照时数减少的主要原因。何彬方等［12］认为1955年以来，安徽省年日照时数呈显著减少的趋势，除春季变化不明显外，其他季节显著减少。华维等［13］指出近47a来青藏高原四季和年代际日照时数总体呈减少趋势，但有明显的区域差异；近35a青藏高原年日照时数则表现为青藏高原西部、西藏西南部和青海西南部年日照时数增加，其他地区以减少趋势为主。吴林荣等［14］认为陕西太阳辐射和日照时数呈现出一致性的从北到南递减趋势，且在渭北高原一带存在太阳辐射和日照时数的次高区，同时指出了陕北地区4—8月，关中、陕南地区5—8月是太阳能资源利用的最佳时期。然而，针对陕西省日照时数季节空间分布变化特征的研究目前还未看到［15－19］。

本文以陕西省境内95个气象台站的观测数据为基础，分析陕西省日照时数四季的时空变化特征，以期对陕西农业资源布局和清洁能源的开发利用提供参考。

1 资料与方法

所用资料为陕西省95个气象站点逐月的日照时数观测资料。所选数据时段为1961—2010年，对每个台站的资料进行整理和质量检测，获取其季节特征序列。季节划分是：3—5月为春季，6—8月为夏季，9—11月为秋季，12月至翌年2月为冬季。所用的统计方法有气候倾向率、非参数Mann—Kendall（简称M—K）检验、EOF分析和灰色关联分析［20－23］。

2 四季日照时数的变化趋势分析

2．1 四季日照时数的变化趋势

从陕西省四季日照时数的逐年变化，逐年累积距平变化，M—K统计量曲线（表1—2，图1）可以看出，春季和秋季日照时数变化表现为上升趋势，夏季和冬季日照时数表现为下降趋势，其中夏季日照时数下降最显著（通过了p＝0．01的显著性检验），每10a下降21．16h，β值为－2．28，下降转折从1980年开始，1961—1980年夏季日照时数基本高于50a平均值，其后基本低于50a平均水平。冬季日照时数时数每10a下降7．95h（未通过p＝0．05的显著性检验），β值为－0．85，下降转折点为1983年。春季日照时数时数每10a上升8．56h（未通过p＝0．05的显著性检验），β值为0．46，上升转折点为1998年。秋季日照时数时数每10a上升0．72h，β值为0．09，即秋季日照时数无明显变化。

进一步分析月日照时数变化趋势可知，夏季日照时数的显著下降是因为6，7，8月日照时数减少趋势的M—K统计值均超过2．5，都通过0．01的信度显著性检验；春季以5月，冬季以1月的贡献率最大，1月和5月日照时数趋势的M—K统计值分别为－2．21和2．47，都通过了p＝0．05的显著性检验；秋季3个月日照时数减少趋势的M—K统计值均未通过0．05的信度显著性检验。

表1 1961－2010年陕西省各年代、各季日照时数及变化倾向率

表2 1961－2010年陕西省日照时数时数的特征值分析

从地区上来看，陕北日照时数在春季上升最显著（通过了0．05的信度显著性检验），关中日照时数在夏季下降最显著（通过了0．01的信度显著性检验），陕南日照时数在夏季和冬季下降最显著（通过了0．01的信度显著性检验）。

2．2 四季日照时数变化趋势的空间分布

分季节对陕西省的95个台站日照时数作EOF分析，得到其载荷向量LV能较好地反映陕西季日照时数的空间特征。图2为四季第1特征载荷向量的空间分布，可以看出：

（1）春季，前5个模态分别占总方差的64．5%，6．4%，3．4%，2．8%和2．4%。第1模态体现了陕西春季日照时数空间分布的主要特征。从第1载荷向量的分布来看，全省为一致的正值分布，正值中心位于铜川、宝鸡的中北部和西安的东部，反映了陕西日照时数时数的变化在第1空间尺度上具有较好的全省一致性特征。

（2）夏季，前5个模态分别占总方差的62．5%，8．1%，4．2%，3．4%和2．5%。第1模态载荷向量场正中心区主要位于宝鸡西部、延安的中部，全省为一致的正值区。

图1 1961－2010年陕西省四季日照时数的Mann－Kendall统计量曲线

图2 陕西省四季日照时数EOF分析的第1载荷向量场

（3）秋季，前5个模态分别占总方差的71．8%，5．0%，3．4%，2．6%和1．9%。第1模态载荷向量场的正中心区主要位于渭北地区、延安的大部、西安的东部，陕西全省为一致的正值区。

（4）冬季，前5个模态分别占总方差的71．4%，6．0%，3．8%，2．7%和2．1%。第1模态载荷向量场正中心区主要位于延安中部、宝鸡中部、汉中中部，陕西全省为一致的正值区。

根据图3中年代际尺度曲线的趋势变化并结合特征向量场和时间系数的符号可知，陕西春季日照时数在1982年之前偏多，1983—1993年则明显偏少，呈下降趋势，1994—2010年又有所回升。夏季日照时数在1979年之前偏多，之后则偏少，呈明显下降趋势。结合特征向量场和时间系数的符号可知，陕西秋季日照时数在1980年之前偏多，1981—1989年则明显偏少，呈明显下降趋势，1990年以后偏多，呈明显的上升趋势。陕西冬季日照时数在1988年之前偏少，1989年以后偏多，呈明显的上升趋势。

图3 陕西省四季日照时数EOF分析的第1模态的时间系数

综上所述，陕西省四季的日照时数变化趋势相近，下降主要表现在延安中部和宝鸡西部，但不同季节气候变异中心位置有所不同。

3 结 论

（1）就季节差异而言，陕西省日照时数变化在春季和秋季表现为上升趋势，夏季和冬季表现为下降趋势，其中夏季日照时数下降最显著（通过了p＝0．01的显著性检验）。

（2）就月日照时数变化而言，6，7，8月日照时数减少趋势通过0．01的信度显著性检验，1，5月日照时数减少趋势通过了p＝0．05的显著性检验，其余月份均未通过0．05的信度显著性检验。

（3）就空间差异而言，延安中部和宝鸡西部是陕西省日照时数的主要变异中心，表现出显著的减少趋势；不同季节的主要气候变异中心位置会发生变化；其他地区整体表现为减少趋势，但减少趋势变化复杂。

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