云南盘龙河流域1961-2013年日照时数变化特征分析*

云南盘龙河流域1961-2013年日照时数变化特征分析*

王平1，程清平1,2，王丛3，伙国勇4

(1.云南师范大学 旅游与地理科学学院，云南 昆明 650500；2.福建师范大学 地理科学学院，福建 福州 350007；

3.昭通市水文水资源局，云南 昭通 657000；4.云南省麻栗坡县林业局，云南 麻栗坡 663600)

摘要：为了合理利用盘龙河流域光照资源，利用流域内麻栗坡气象站1961-2013年逐月日照时数、气温、降水量等观测资料，采用线性趋势分析、Mann-Kendall检测、Morle小波分析等方法对该流域年和各季日照时数的变化特征和影响因素进行初步分析.结果表明：盘龙河流域年日照时数呈增加趋势，倾向率为7.44 h/10a，53年来增加了39.4 h，各季变化有所不同，春(-4.04 h/10a)、冬(-1.513 h/10a)季呈减少趋势，夏(6.612 h/10a)、秋(6.78 h/10a)季呈增加趋势；春、夏、秋季突变点分别为1994、1981、1979年；年、春、夏、季、冬季日照时数分别存在28、28、28、27、27年的主周期变化；气温的显著升高可能是年日照时数增加的主要原因之一.

关键词：盘龙河流域；日照时数；变化特征

全球气候变暖已是不争的事实[1].气候变化将导致大气物理和化学结构发生一系列复杂多样的变化，进而对到达地球表面的太阳辐射产生影响[2].日照时数是反映太阳辐射强弱的重要气候指标，其变化对其他气候要素和地表通量会产生重要的影响.因此，认识日照时数变化的趋势和规律对合理开发光照资源具有十分重要的价值.近年来，有不少国内外学者对日照时数的变化做了研究.Stanhill等[2]对全球1958-1992年太阳辐射的研究表明全球每年减少(0.51±0.05) W·m-2，即35年来总共减少了20 W·m-2；Angell[3]的研究结果表明，1950-1988年美国大陆日照时数呈显著减少趋势.Kaiser等[4]的研究表明，1954-1998年中国日照时数呈减少趋势，尤以东部减少趋势最为显著；虞海燕、任国玉等[5-6]分别对全国1951-2009年和1956-2002年日照时数变化进行研究发现，日照时数呈减少趋势且变化具有明显的区域性和季节性差异；杨小梅等[7]对中国西南地区的日照时数进行研究发现，西南地区的日照时数呈显著的减少趋势，日照时数变化具有阶段性；张万诚等[8]对云南省1961-2010年日照时数的研究发现，日照时数在区域分布上具有西边多，东边相对较少，且南部比北部多的特点，局地变化具有差异性和不同步性，其变化大致为北部减少，南部增加；李矜宵等[9]的研究发现，楚雄市近50年来日照时数年代际变化呈减少趋势.以上研究表明，在过去的几十年里，我国的日照时数呈显著的减少趋势，且具有明显的区域性、季节性和阶段性差异.

就盘龙河流域日照时数的变化特征及与其他气候要素的相关性进行分析，旨在为该地区光能资源的合理利用提供科学参考.

1研究地区概况

盘龙河为红河左岸一级支流.据云南省水利厅2002年云南省河流状况的资料显示，盘龙河发源于云南省蒙自市鸣鹫乡，呈西北-东南向流经砚山、文山、西畴、马关、麻栗坡等县，在船头出国境，入越南后称泸江，于越池汇入红河干流，在云南省境内河长252.6 km，流域面积6 100.2 km2.盘龙河流域大部分地区位于北回归线以南，海拔600 m以下的区域为该流域气候基带，属北热带湿润型季风气候，600 m以上区域则大部分为南亚热带.流域年降水量在900～1 800 mm之间，由下游向上游逐渐递减.麻栗坡气象站位处盘龙河中游，年日照时数1 627.5 h，年日照百分率37%，年平均气温17.7 ℃，年降水量1 063.2 mm，年蒸发量1 360.0 mm，年相对湿度86%，年干燥度≤0.85，属北热带湿润型季风气候[10].

2资料和研究方法

2.1资料来源

数据来源于麻栗坡气象站(站号56996，23°08′N，104°42′E，海拔1 094.4 m)1961-2013年累年各月日照时数观测数据，站点没有移站，资料序列完整.分别按春季(3-5月)、夏季(6-8月)、秋季(9-11月)、冬季(12月至翌年2月)统计各季日照时数.标准气候值以世界气象组织(WMO)设定的30年(1981-2010年)日照时数平均值为准.

2.2研究方法

通过一元线性趋势分析[11]、滑动平均法[12]进行日照时数变化趋势的分析，Morle小波[13]方法对日照时数变化周期进行分析，对于突变点的检验采用国际气象组织推荐的Mann-Kendall检验方法[13-14]，对于交叉点较多，有虚假突变点时，结合滑动t检验法[13]确定其真正突变点.利用相关分析法[15]分析日照时数与其他气候要素的相关性.

3结果与讨论

3.1变化趋势分析

图11961-2013年盘龙河流域日照时数变化曲线

Fig.1Sunshine duration change curve in Panlong River basin from 1961 to 2013

线性趋势分析表明，盘龙河流域53年来年日照时数呈不显著(P=0.5)的增加趋势(图1)，其倾向率为7.44 h/10a，53年来增加了39.4 h，这与石河子地区日照时数以4.0 h/10a的倾向率呈增加趋势的变化[16]具有一致性，而与云南省[8,17-18]和楚雄市[9]均呈减少的变化趋势不一致，最大值出现在1992年，为1 913.1 h，最小值出现在1984年，为1 336.4 h，极差576.7 h.年日照时数在1960年代至1970年代呈增加趋势(表1)，1980年代降至1 582.3 h，与1970年代相差106.1 h，与1990年代相差115.2 h，21世纪以来呈减少趋势.1970-2010年各年代距平分别为-63 h、42.6 h、-63.5 h、51.7 h、11.9 h，呈“增-减-增”趋势.从年内变化曲线来看，盘龙河流域日照时数呈双峰型(图2)，5月份最多为183.4 h，1月份最小为95.1 h，两者相差88.3 h，年内变化差异显著.

图2　日照时数月际变化曲线

季年1961-1970年/h1971-1980年/h1981-1990年/h1991-2000年/h2001-2010年/h2011-2013年/h年1582.81688.41582.31697.51657.71555.6春季506.7512.0474.3505.7480.2522.7夏季414.6459.0466.6438.3455.6475.7秋季369.5385.5351.5429.6401.2345.9冬季292.0331.9289.9323.9320.7211.2

图31961-2013年盘龙河流域各季日照时数变化曲线

Fig.3The seasonal change curve of sunshine duration in Panlong River basin from 1961 to 2013

盘龙河流域1961-2013年春季日照时数呈减少趋势(图3)，倾向率为-4.04 h/10a(P=0.4)，53年来减少了21.4 h，1960年代至1970年代略有增加，1980年代降至474.3 h，1990年代回升至505.7 h，21世纪前10年又降至480.2 h，2011-2013年有所回升(表1).夏季呈增加趋势，倾向率为6.21 h/10a(P=0.2)，53年来增加了32.9 h，1960年代至1970年代呈增加趋势，1970年代较1960年代增多44.4 h，1980年代和1990年代呈减少趋势，21世纪以来逐渐回升.秋季在各季节中增加趋势显著，倾向率为6.78 h/10a(P=0.1)，53年来增加了35.9 h，1960年代1970年代呈增加趋势，1980年代降至351.5 h，1990年代迅速升至429.6 h，较1980年代增多78.1 h，21世纪以来呈减少趋势.冬季倾向率为-1.51 h/10a(P=0.7)，53年来减少了8.01 h，年代际变化与秋季具有一致性特征.

3.2突变特征

图41961-2013年盘龙河流域年和各季日照时数突变检验

Fig.4Annual and seasonal sunshine duration mutation test in Panlong River basin from 1961 to 2013

利用M-K突变检测法对各气候要素进行突变检测，若正序列UFk曲线和逆序列UBk曲线交于一点，并且该点在临界线之间，则该点对应点即为突变点，UFk>0表明序列呈上升趋势，UFk<0则表明呈下降趋势，当它们超过临界线时，表明上升或下降显著[13-14].从图4可以得知年日照时数在正序列UF与逆序列UB之间有多个交点，但未突破α=0.05的临界线±1.96.因此年日照时数没有发生突变.春季在正序列UF与逆序列UB之间多次较于一点，UF<0的年份占整个时段的一半以上，并于2011年突破-1.96(α=0.05)的临界线，这说明春季发生显著的突变性减少，结合滑动检验得知1994年为其真正突变点.夏季在正序列UF与逆序列UB之间也多次交于一点，1993年以前UF呈波动增加趋势，之后呈波动减少趋势，并于1993-1994年突破1.96(α=0.05)的临界线，结合滑动t检验得知1981年为夏季日照时数由少到多的突变点.秋季在正序列UF与逆序列UB之间仍有多个交点，1991年以前UF呈波动减少趋势，之后呈波动增加趋势，并于2001年、2004-2010年突破1.96(α=0.05)的临界线，这说明秋季突变增加显著，结合滑动t检验得知1979年为秋季日照时数突变点.冬季在正序列UF与逆序列UB之间于1961年交于一点，UF曲线在1961-1979年呈波动增加，1979-1985年呈波动减少趋势，1985-2013年基本平稳，并于1966年、1974-1977年、1979年突破1.96(α=0.05)的临界线，但交点位于端点处，一般不可取，因此冬季没有发生突变.

3.3变化周期分析

图51961-2013年盘龙河流域年和各季日照时数突变检验

Fig.5Annual and seasonal sunshine duration mutation test in Panlong River basin from 1961 to 2013

总的来看，年日照时数周期变化存在9～11年左右的年际变化尺度，27～30年和45～47年左右的年代际变化规律(图5a).小波系数模的平方等值线图(图5b)表明，27～30年左右时间尺度的能量最强、周期最显著，主要发生在1960年代后期，1980年代后期和21世纪前期；小波变换系数等值线图(图5c)表明，年日照时数主要以28年左右的周期相位变化最显著，存在2个偏多和1个偏少期，1961-1978年左右和2000-2010年左右处于偏多期，1979-1999年左右处于偏少期，此外，还存在5～8年的年际和45～50年的年代际变化周期.小波方差图(图5d)显示，年日照时数存在明显的3个峰值，依次对应着10年、28年、46年的时间尺度，其中28年年代际尺度对应峰值最大，震荡最强，为年日照时数第一主周期，10年年际尺度对应第二峰值，为第二主周期，46年为年代际尺度为第三周期.春季日照时数(图略)存在明显的三个峰值，分别是11年、28年、47年，其中28年年代际尺度对应峰值最大，为春季日照时数第一主周期，11年和47年为第二、三周期.夏季日照时数与春季日照存在一致的周期变化，主周期为28年，11年和47年为第二、三周期.秋季日照时数变化周期分别为8年、27年和43年，其中27年年代际变化周期对应峰值最大，震荡最强，为第一主周期，其次是8年的年际和43年年代际变化为第二、三周期.冬季日照时数存在10年、27年、46年周期变化，其中27年的年代际变化周期峰值最大，震荡最强，为冬季日照时数第一主周期，10年、46年变化周期为冬季日照时数第二、三周期.

3.4相关性分析

前人研究表明，云量[7]和风速[19-22]是影响日照时数的主要因素，此外，还与气温、降水、大气气溶胶浓度的增加等自然和人为因素有关[9,23].影响日照时数变化的因素并非单一，有地理位置、大气环流、地形和下垫面性质等.

为了分析影响盘龙河流域日照时数变化的原因，将盘龙河流域日照时数与年平均气温、降水量、蒸发量和相对湿度进行相关性分析，结果表明年和各季日照时数与蒸发量呈显著的正相关性，与年平均气温呈低度或显著正相关，与降水量和相对湿度相关性不明显(表2).结合表3可知年和各季气温呈上升趋势，降水量除冬季外，均呈增加趋势，相对湿度和蒸发量呈下降趋势，从而可知日照时数的增加可能与气温的上升有密切的关系.

表2　1961-2013年盘龙河流域日照时数与常规气候要素的相关分析

注：相关系数法中*表示α<0.05，**表示α<0.01.

表3　1961-2013年盘龙河流域常规气候要素倾向率

4结论

盘龙河流域年日照时数呈增加趋势，倾向率为7.44 h/10a，53年来日照时数增加了39.4 h，各季变化有所不同，春、冬季呈减少趋势，夏、秋季呈增加趋势，尤以秋季的增加对年日照时数的增加贡献最大.

年和冬季日照时数未发生突变，春季呈显著的突变减少趋势，夏、秋季呈显著的突变增加趋势，夏(1981年)、秋季(1979年)日照时数突变年份十分接近，而春季相对滞后(1994年).

年和各季日照时数存在27～28年、43年、46～47年年代际变化周期以及8年、10～11年的年际变化周期.

年日照时数与年均温和年蒸发量呈正相关，年均温的显著升高可能是影响日照时数增加的主要原因之一.

参考文献:

[1]IPCC.Climate change 2013:The physical science basis. Contribution of working group I to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change[A]/Cambridge,United Kingdom and New York[C].NY,USA:Cambridge University Press,2013.

[2]STANHILL G,COHEN S.Global dimming:a review of the evidence for a widespread and significant reduction in global radiation with discussion of its probable causes and possible agricultural consequences[J].Agricultural & Forest Meteorology,2001,107:255-278.

[3]ANGELL J K.Variation in United States cloudiness and sunshine duration between 1950 and the drought year of 1988[J].J Climate,1990,3:296-308.

[4]KAISER D P,QIAN Y.Decreasing trends in sunshine duration over China for 1954～1998:Indication of increased haze pollution?[J].Geophysical Research Letters,2002,29(21):1-4.

[5]虞海燕，刘树华，赵娜，等.我国近59年日照时数变化特征及其与温度、风速降水的关系[J].气候与环境研究，2011，16(13)：389-398.

[6]任国玉，郭军，徐铭志，等.近50年中国地面气候变化的基本特征[J].气象学报，2005，63(6)：942-956.

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

[8]张万诚，郑建萌，马涛.1961～2010年云南日照资源的时空分布及年代际变化研究[J].资源科学，2013，35(11)：2281-2288.

[9]李矜宵，何萍，钟瑞，等.近50年云贵高原楚雄市日照时数变化特征及其成因分析[J].高原气象，2014，33(2)：407-412.

[10]王平，任宾宾，刘红楠，等.盘龙河流域近45年气温和降水变化特征分析[J].西南师范大学学报:自然科学版，2010，35(4)：107-114.

[11]贺伟，布仁仓，熊在平，等．1961～2005年东北地区气温和降水变化趋势[J].生态学报，2013，33(2)：519-531.

[12]易湘生，尹衍雨，李国胜，等．青海三江源地区近50年来的气温变化[J].地理学报，2011，66(11)：1451-1465.

[13]魏凤英.现代气候统计诊断预测技术[M].北京：气象出版社，2007.

[14]符淙斌，王强.气候突变的定义和检测方法[J].大气科学，1992，16(4)：482-493.

[15]李洁明，祁新娥.统计学原理[M].上海：复旦大学出版社，2006.

[16]唐湘玲，魏文寿，何瑛.石河子地区近47年日照时数的变化特征分析[J].干旱区资源与环境，2010，24(12)：106-110.

[17]段旭，陶云，杜军，等.西南地区气候变化基本事实与极端气候事件[M].北京：气象出版社，2011.

[18]王宇，延军平，吴梦初，等.云南省近44年日照时数时空变化及其影响因素分析[J].云南大学学报:自然科学版，2014，36(3)：392-399.

[19]PINKER R T,ZHANG B,DUTTON E G.Do satellites detect trends in surface solar radiation[J].Science,2005,308:850-854.

[20]ERTEKIN C,YALDIZ O.Estimation of monthly average daily global radiation on horizontal surface for antalya(turkey)[J].Renewable Energy,1999,17(1):95-102.

[21]NAZARENEKO L C,MENON S.Varying trends in surface energy fluxes and associated climate between 1960～2002 based on transient climate simulation[J].Geophysical Research letter,2005,22(32):154-164.

[22]CUTFORTH H W,JUDIESCH D.Long-term changes to incoming solar energy on the Canadian Prairie[J].Agricultural & Forest Meteorology,2007,145(3):167-175.

[23]郑小波，罗宇翔，段长春，等.云贵高原近45年来日照及能见度变化及其成因初步分析[J].高原气象，2010，29(4)：992-998.

[24]张万诚，郑建萌，任菊章.云南极端气候干旱的特征分析[J].灾害学，2013，28(1)：59-64.

An Analysis of the Sunshine Duration Variation Characteristics

from 1961 to 2013 in Panlong River Basin of Yunnan Province

WANG Ping1, CHENG Qing-ping1,2, WANG Cong3, HUO Guo-yong4

(1.School of Tourism and Geographical Sciences,Yunnan Normal University,Kunming 650500,China;

2.College of Geographical Sciences,Fujian Normal University,Fuzhou 350007,China;

3.Zhaotong Hydrology and Water Resource Bureau of Yunnan Province,Zhaotong 657000,China;

4.Ma Lipo County Forestry Bureau of Yunnan Province,Ma Lipo 663600,China)

Abstract:In order to use the light resources of Panlong River basin reasonably,the change of annual and seasonal sunshine duration characteristics from 1961 to 2013 in Ma Lipo was analyzed.The results showed that the annual sunshine duration increased in Panlong River basin,and the tendency rate was 7.44 h/10a and in recent 53 a have increased 39.4 h.But the seasonal change were different,spring(-4.04 h/10a)and winter(-1.513 h/10a)showed a trend of decrease,however,summer(6.612 h/10a)and autumn(6.78 h/10a)showed a trend of increase.Spring,summer,autumn mutation points in 1994,1981,1979 respectively.Annual,spring,summer, autumn and winter sunshine duration respectively 28 a、28 a、28 a、27 a、27 a main cycle.The marked increase in the temperature of the possible reasons for the increase in the annual sunshine duration.

Keywords:Panlong River basin; Sunshine duration; Variation characteristics

中图分类号：S161.1

文献标志码：A

文章编号：1007-9793(2015)06-0053-07

作者简介：王平(1965-)，男，云南昭通人，副教授，硕士生导师，主要从事区域自然地理和自然环境保护方面研究.通信作者：王平.E-mail:ynwangping@163.com.

基金项目：国家自然科学基金资助项目(41261007).

收稿日期：*2015-07-31