内江市41年来日照时数特征分析

姜晓清等

摘 要：为了进一步剖析内江市地区日照时数的长期变化规律，以更好地为农业发展和农业工程设计提供科学依据，基于内江市1971—2011年各月日照时数资料，采用气候倾向估计法，分析内江市41年日照时数的年际变化、季节变化、月变化以及利用滑动t-检验法的突变检验。结果表明：内江市日照时数整体呈现下降趋势，夏季最为明显，其气候倾向率为-36.5 h/10 a，而冬季的气候倾向率只有-7.7 h/10 a；且内江市年日照时数在41年内存在2次突变，其中1980—1982年的突变现象尤为显著，表现为急剧减少的趋势。

关键词：内江；日照时数；变化趋势；突变

中图分类号：P422.1+1 文献标志码：A 论文编号：2013-0479

Abstract： In order to further analyze the change law of sunshine hours in Neijiang City， for better serving for agricultural development and providing a scientific basis for engineering design， based on the sunshine hours date of Neijiang City from 1971 to 2011， the annual， season and monthly variation features of sunshine hours in Neijiang City were analyzed by using annual linear trend analysis，whats more， the sliding t was used for mutation testing. The results were as follows： on an average in Neijiang City， the annual sunshine duration showed a significant decreasing tendency during recent 41 years； especially in summer with the climate changing rates was -36.5 h/10 a， however in winter， that was 0.77 h/10 a； in addition， there were 2 catastrophes during the time. The catastrophe of the annual sunshine duration around 1981 was remarkable， and it demonstrated an outstanding decrease.

Key words： Neijiang； Sunshine Hours； Variation Trend； Sudden Change

0 引言

日照时数作为表征太阳辐射强弱的一个重要因子[1]，目前已成为国内外相关学术界研究的一大热点趋势。目前，国内外许多学者都对日照时数进行过研究。任国玉等[2]通过研究指出，全国日照时数具有明显下降的趋势，变化的速率-37.6 h/10 a，1981年以前多为正距平，以后距平开始转为负值，20世纪70年代年平均日照时数距平为59 h，80年代降为-14 h，90年代则为-45 h，1993年为最低值，之后减少趋势略有停滞并有回升的迹象。另外，其他学者还通过对江苏省[3]、黄河流域[4]、安阳市[5]、成都市[6]等地区日照时数研究发现，其也有下降趋势。谭友邦等[7]曾对内江市1960—1995年日照时数进行过分析。本研究则将继续完善内江市日照时数指标变化的研究，最大程度上为农业的发展和工程设计等提供气象参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

内江市位于104°15'—105°26'E、29°11'—30°2'N之间，地处四川盆地中部丘陵地区。本区属于中亚热带季风性湿润气候，年平均温度为15～28℃，1月均温6～8℃，7月均温26°C～28℃，最高气温可达41℃，最低气温-5.4℃，温差极值可达45.4℃。据统计，内江年总日照时数1100～1300 h，比同纬度的九江（1650～2100 h）和宁波（1707～1850 h）[8]等地区多年平均日照时数低达500 h以上，而与同处于四川盆地的重庆（1112～1655 h）相比也少350 h左右。此外，内江气候土壤适宜于多种农作物，因此研究日照时数的变化对该区尤其是农业具有重大意义。

1.2 数据来源

根据《内江市统计年鉴》（1971—2011年）逐月日照时数统计资料，整理分析内江市不同时间尺度下的日照时数。逐年日照时数样本数为41个，逐季日照时数样本数为163个，逐月日照时数样本数为492个。其中，季度划分标准为：春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12—2月）[9]。

1.3 研究方法

1.3.1 线性倾向估计与检验 采用线性倾向分析计算相关气候要素的变化趋势，具体步骤如下：用xi表示样本量为n的某一气候变量，用ti表示与xi对应的时间，建立xi与ti之间的一元线性回归方程，见公式（1）。

…（1）

式中：a、b为回归常数。b的符号表示气候变量的趋势倾向，b的符号为正，说明随时间t的增加，x呈上升趋势；b的符号为负时，说明随时间t的增加，x呈下降趋势。b值表示上升或下降的倾向程度。同时，可求出表示变量x与时间t之间线性相关密切程度的相关系数r，可通过检验r的显著性，来检测回归系数b的显著与否[10]。

1.3.2 滑动t-检验 滑动t-检验是考察2组样本平均值的差异是否显著检验突变。对相关日照时数的突变检验方法采用滑动t-检验法，把具有n个样本量的时间序列x分为2个子序列x1和x2，其样本分别为n1和n2，则定义统计量见公式（2）。

式中：，前者遵从v=n1+n2-2的t分布。给出信度a，查t分布表得到临界值ta，若，则视为2个子序列均值无显著性差异，反之则存在显著性差异，即存在均值突变现象[10]。

2 结果与分析

2.1 年际变化

对内江市41年日照时数的年际变化采用气候倾向法进行分析[10]，并通过Excel[11]绘制其年际变化趋势图，见图1。内江市日照时数累年平均值为1156 h，年内月平均日照时数为96.6 h，是全国日照较少的地区之一[2]，也是同纬度低值区。20世纪80年代以前，日照时数皆大于平均值，而80年代以后则基本小于平均值。原因初步分析可能在于：20世纪80年代后，随着城市化的发展，内江市大气中的气溶胶颗粒、光化学烟雾、硫氧化物等污染物的增多，使其加大了对太阳辐射的吸收与散射，从而导致20世纪80年代后日照时数呈现低于平均值的现象。

由图1可知，41年来内江市日照时数呈显著性下降趋势，气候倾向率为-53.9 h/10 a，年际振幅较大（1978年日照时数为1560.50 h，2005年日照时数只有940.30 h，两者相差可达到620.20 h），并且呈现波动变化，表现出多寡交替的现象。从5年滑动平均曲线看，41年来内江市日照时数的变化可分为4个阶段：1975—1983年为日照时数偏多期，1984—1993年为日照时数偏少期；1994—2002年日照时数基本大于平均值，而2002年以后又进入低值期，1986年达近41年的极小值（944.90 h）。

2.2 季节变化

通过气候倾向法[10]分析41年内江市各季日照时数变化趋势，并通过软件绘制成图（见图2），可直观反映出四季变化趋势皆呈下降趋势，但也有明显差异。表现为：1971—2011年春季的气候倾向率为-10.4 h/10 a，夏季可达-36.5 h/10 a，秋季只有-2.4 h/10 a，冬季为-7.7 h/10 a。由此得出，41年内江市日照时数变化特征为：夏季>春季>冬季>秋季，这与20世纪90年代谭友邦[7]所得出的内江市日照时数特征（1960—1995年）夏季>春季>秋季>冬季 有所不同。此外，由图2可知：平均日照时数夏季最多可达471 h，冬季最少只有121 h，两者相差可达350 h，其中冬季日照时数少的主要原因在于：太阳直射点南移至南回归线，使其太阳高度角变小，加之在地形与大气环境等综合作用下多阴雨天气，因此四川盆地也有“蜀犬吠日”之说。

春季，各年平均值除1984—1997年小于平均值353.78 h外，皆在其上下小幅度波动。此季节，日照时数最多为459.0 h（1998年），最少为220 h（1996年），两者差值为239 h，相当于季节平均的67%。由5年滑动平均曲线可知：1980—1985年与2001—2008年为日照时数偏多期，其余各段皆低于平均值。

夏季，各月平均气温值较春季略为复杂：20世纪70年代日照时数基本大于平均值471 h。1979—1989年与1997—2011年季日照时数多小于平均值，最少可达348 h，而1990—1997年这8年间表现为上下波动变化。与夏季，日照时数最多为662 h（1972年），最少年份是1982年为341 h，两者相差可达321 h，相当于季节平均的68%。由5年滑动平均曲线可知：1975—1986年为下降趋势，1987—1998年为上升趋势，1998年以后再一次进入下降状态。

秋季总体变化表现出不稳定状况：20世纪70年代季日照时数在平均值218 h上下波动，且波动明显；1980—1990年与1903—1908年间相对稳定，大体低于平均值；其日照时数最高年份出现在2002年（360 h），最低值出现在1986年（124 h），合计相当于季节平均的10.8%。由5年滑动平均可知：1976—1990年为第1个升降波动，1991—2007为第2个升降波动，历时21年；2008年以后基本为上升趋势。

冬季整体波动较大：除1973—1977年与1901—1909年表现为低于平均值外，其余各年间变化也比较大，最为显著的就是2010年日照时数为220.3 h，而2011年只有50.8 h，两者相差可达170 h，相当于季节平均的14.0%。由5年滑动平均可知：1977—1989年为第1个升降波动，历时12年；1990—1998年为第2个升降波动，历时8年；1999—2008年为第3个升降波动，历时9年，这与年日照时数的周期相似，因此不作周期考虑。

2.3 月变化

由图3可知：内江市多年月平均日照时数在41年内有1个渐变的过程：最高值出现在8月为180.5 h，最低值出现在1月为32.9 h，二者差值高达134.6 h。在12个月中，有6个月日照时数高于年内月平均值，分别为4、5、6、7、8、9月，主要集中在夏半年。其中，6月多年月平均日照时数低于相邻2月，与太阳直射点的移动不符，是由于内江所处的亚热带季风气候所致，在西南季风的影响下每年6月降水偏多，造成的阴雨天气较多，对日照时数有明显的影响。

2.4 日照时数的突变检验分析

采用滑动t检验法对1971—2011年内江市东兴区逐年日照时数时间等级序列进行突变分析[10]。本研究取n=40，当取2个子序列长度为n1=n2=10时，给定显著性水平α=0.01，按t分布自由度v=n1+n2-2=18时的显著性水平为t0.01=±2.878[12]。由图4a可知，t统计量有2处超过了显著性水平，即1980年和1989年共发生了2次突变，在1980年t统计量超过显著性水平的正值，日照时数发生由少转多的突变，在1989年t统计量则超过显著性水平的负值，日照时数则发生了由多转少的突变。当2个子序列长度为n1=n2=5时，给定显著性水平α=0.01，按t分布自由度v=n1+n2-2=8，查表得t0.01=±3.355[12]。由图4b可知，1971—2011年t统计量有1次超过了显著性水平，存在突变现象。即在1980—1981年，t统计量超过给定显著性水平的正值，日照时数出现了由少转多的突变。

3 结论

（1）41年来，内江市年平均日照时数不断减小，且有明显的季节差异：夏季与春季减少较为强烈，冬季和秋季次之，这与中国整体乃至北半球日照时数大体趋势相同。

（2）内江市日照时数累年平均值为1156 h，年内月平均日照时数为96.6 h，比同纬度重庆、九江、宁波等地皆低一些。

（3）内江市多年平均日照时数在1971—1989年基本高于41年均值，1990年后则低于均值。究其原因除了自然因素外，与目前内江市以及周边高耗能产业发展、城市规模扩大，空气污染较为严重，从而致使气溶胶和云量增多，加之地形使得污染物不易扩散，增强了大气对太阳的削弱作用等有关。因此，日照时数可能出现下降[13]。

（4）内江在日照时数和土壤的条件下适合种植甘蔗、玉米、小麦、甘薯、油菜、芝麻等多种作物[14]。

4 讨论

（1）本研究结果表明，内江市近41年日照时数总体变化规律与全国乃至北半球都具有一致性，但就内江市本身而言，在季节变化上与20世纪后期又有所不同，主要表现在：夏季>春季>冬季>秋季（本研究结论）、夏季>春季>秋季>冬季（20世纪后期）。究其原因在于近几十年来城市的快速发展，大气成分所占比重有所变化，从而导致日照时数的变化。

（2）本研究对内江市的日照时数变化规律进行了不同时间尺度的分析，对内江市的日照时数变化规律有了更多的认识。但是，对于日照时数变化的原因以及对日照时数的预测，尤其是与农业相结合来研究日照时数更具现实意义，还需要进一步的研究和分析。

参考文献

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