哈密地区近54 a日照时数的变化特征及其影响因素

杨艳玲，秦　榕，卢新玉，杨红艳，何亚平

哈密地区近54 a日照时数的变化特征及其影响因素

杨艳玲1，秦榕2*，卢新玉3，杨红艳4，何亚平2

（1.哈密地区气象局，新疆哈密839000；2.新疆气象信息中心，新疆乌鲁木齐830002；3.新疆气象台，新疆乌鲁木齐830002，4.鄯善县气象局，新疆吐鲁番838000）

以新疆哈密地区1961—2014年6个气象观测站地面气象观测资料为依据，利用线性趋势分析、相关性分析、M-K突变检验分析等方法，对哈密地区近54 a四季及年平均日照时数的变化趋势、异常年份、突变检验及影响因子进行分析，得出以下结论：近54 a哈密地区春季与年平均日照时数均呈增加趋势，而夏、秋、冬季变化比较平稳；年日照时数异常偏少出现在1998年，但从未出现过异常偏多年；年、秋季和冬季日照时数在近54 a中没有发生突变。春季日照时数在2004年发生了突变，夏季日照时数在1973年发生了突变；年日照时数增加与低云量的减少关系密切。

日照时数；气候倾向率；异常年份；突变；低云量

杨艳玲，秦榕，卢新玉，等.哈密地区近54 a日照时数的变化特征及其影响因素[J].沙漠与绿洲气象，2016，10（3）：72-76.

近百年来以变暖为主要特征的全球气候变化已成为一个不争的事实[1]。气候变化会引起大气物理结构和化学结构的变化，进而影响到太阳辐射能量的变化。日照时数是反映太阳辐射强弱的重要气候指标，同时也是表征气候变化的气象要素之一。研究日照时数的分布规律，对于合理布局农业生产、规划城市建设、开发旅游资源、设计太阳能电站等具有重要的现实意义。近来，有不少学者对日照时数的气候变化进行过研究。文献[2-9]的研究表明，近50 a来我国日照时数呈明显减少趋势，但各地季节性趋减幅度差异较大；胡汝骥[10]认为，在全球变暖的气候背景下，新疆存在着变暖增湿的趋势，光热资源变幅增大；杜红、任泉[11-12]等人研究表明，石河子垦区、达坂城年日照时数总体呈增加趋势。

哈密地区位于90°60＇~96°23＇E，40°45＇~45°09＇N，东部与甘肃酒泉地区接壤，南部和西部与巴音郭楞蒙古自治州、吐鲁番地区、昌吉回族自治州毗邻，北部和东北部隔阿尔泰山余脉与蒙古接壤。哈密地区地域辽阔，天山山脉从东至西横贯中部，造成南北低，中部高的地形特点。特殊的自然地理条件形成了哈密两大不同气候区域，既有南疆气候特点，又有北疆气候特点：南部光照充足，热量丰富，干旱少雨；北部降水充沛，气候温凉，冷热变化剧烈。哈密地区属典型的温带大陆性气候，整体来说空气干燥，大气透明度好，日照充足，年日照时数3109~3412 h。是全国日照时数充裕的地区之一，戈壁、荒漠、沙地等非常适合发展大规模光伏电站，也是国家百万千瓦级光伏发电试验基地。但目前对哈密地区日照变化的研究较少，明显滞后于该区域光电产业的发展。本文运用气候诊断分析方法，对哈密地区近54 a日照时数的年际、年代际变化等特征进行分析，以揭示其气候变化特征及其可能影响原因，对于哈密地区光伏发电产业合理规划、农业生产布局有着十分重要的意义。

1　资料与方法

1.1资料来源

本文选用经过新疆气象信息中心审核后的哈密地区6个气象站（哈密、巴里坤、伊吾、淖毛湖、红柳河、十三间房）1961—2014年日照观测资料。以月资料为基础，经过整理得到春（3—5月）、夏（6—8月）、秋（9—11月）、冬（12—次年2月）和年的日照时数序列。

1.2分析方法

利用倾向趋势法，对哈密地区四季及年日照时数变化趋势进行分析；参照世界气候组织对气候异常的定义，本文以距平≥标准差的2倍作为异常，标准差的1.5~2倍为接近异常来分析哈密地区日照时数的异常特征。采用非参数统计检验方法Mann-Kendall法检测序列的突变点[13]。

2　结果与分析

2.1日照时数趋势分析

表1给出了1961—2014年哈密地区日照时数年与四季的变化趋势。可以看出，年、春季、夏季呈正倾向，秋季、冬季呈负倾向，表明近54 a来，年、春季、夏季日照时数都在增加，而秋季、冬季日照时数在减少。其中，春季的增加最显著，相关系数通过0.05（r0.05=0.261 6）显著性水平，并通过了0.01（r0.01= 0.339 5）显著性水平，增加较快，为9.5 h/10 a；其余均未达到一定的显著性水平，虽然年、夏季趋于增加，秋季、冬季趋于减少，但趋势不明显，尤其是夏季、秋季、冬季变化比较平稳。

表1　1961—2014年哈密地区日照时数年、四季的变化趋势（r0.05=0.2616）

从年代际日照时数值分布特征看（表2），春季1961—1990年日照时数迅速增加，1991—2000年日照时数迅速减少，2000年以后日照时数又迅速增加；夏季1961—1980年日照时数迅速减少，1981—1990年日照时数稍有增加，1991—2000年迅速下降，2001—2009年迅速增加，2010年后略有减少；秋季1961—1980年迅速增加，1991—2000年略有减少，2000年后持续上升。冬季1961—1990年持续上升，1991—2000年迅速减少，2000年后持续上升。1961—1990年年平均日照时数持续上升，1991— 2000年迅速减少，2000年后迅速增加且持续上升。

表2　1961—2014年哈密地区日照时数年及四季年代际变化

对照各年代四季及年日照时数变化规律（图1）可知：20世纪60—70年代除夏季减少外，春、秋、冬季均为增加，其中春季增加较为明显，对年（60—70年代）日照量增加起了重要作用；80年代春季、夏季、冬季日照时数均略增，秋季明显减少；90年代四季日照时数均减少，其中春季、夏季日照时数减少最为显著，对90年代年日照时数明显下降起重要作用；2000年后，除夏季日照时数在2010年后减少，春季、秋季、冬季均持续增加，其中春季持续增加明显，对年日照时数2000年的持续增加起着重要作用。

2.2日照时数的异常分析

表3是哈密地区年、季日照时数的异常年份表。由表3可见，近54 a哈密地区年、四季日照时数异常和接近异常偏少年份多发生在20世纪80年代以后（占总偏少年份的72%），分别出现1 a（年）、5 a（春季）、5 a（夏季）、5 a（秋季）、2a（冬季）；四季日照时数异常和接近异常偏多年份也多发生在80年代以后（占总偏多年份的71%），分别出现3 a（年）、4 a（春季）、3 a（夏季）、3 a（秋季）、4 a（冬季）。从年日照时数来看，变化幅度并不大，在过去54 a年日照时数只出现1次异常偏少，没有出现过异常偏多年。

表3　1961—2014年哈密地区年、季日照时数的异常年份

图1　1961—2014年哈密地区春（a）、夏（b）、秋（c）、冬季（d）及年（e）日照时数变化趋势

图2　1961—2014年哈密地区年日照时数M-K检验曲线

2.3日照时数的突变检验

2.3.1年日照时数的突变检验

气候突变是指从一种稳定态（或稳定持续的变化趋势）跳跃式地转变到另一种稳定态（或稳定持续的变化趋势）的现象，它表现为气候在时空上从一个统计特性到另一个统计特性的急剧变化[8]。

由近54 a哈密地区日照时数序列的M-K检测可以看出（图2），其正序特征曲线UF在20世纪60年代有逐渐增加的趋势，70年代到21世纪初年日照时数呈波动下降的趋势，2008年以后年日照时数呈直线上升的趋势。并和逆序特征曲线UB在0.05的临界线±1.96之间有3个交点，分别为1962、1973、2008年，但1962年在数据序列的端点，一般不可取；而1973年和2008年交点之后UF曲线未突破临界线±1.96，这说明，近54 a哈密地区年日照时数没有发生突变。

2.3.2各季日照时数的突变检验

由近54 a哈密地区四季日照时数序列的M-K检测可以看出（图3），春季：正序列特征曲线UF在20世纪60年代日照时数较少，70年代以后到21世纪初日照时数缓慢减少，2004年后日照时数呈直线增加趋势。和逆序特征曲线UB于2004年在α=0.05的临界线±1.96之间有一个交点，之后UF曲线于2008年突破了临界线1.96，这说明，近54 a哈密地区春季日照时数于2004年发生了突变性的增加。

夏季：正序列特征曲线UF在20世纪60年代日照时数较多，70年代到90年代末日照时数呈减少趋势，2002年以后日照时数呈增加趋势。和逆序特征曲线UB在α=0.05的临界线±1.96之间有两个交点，分别为1973年和2001年，在1973年之后UF曲线于2000年突破了临界线-1.96，而2001年之后UF曲线未突破临界线1.96，这说明，近54 a哈密地区夏季日照时数于1973年发生了突变性的减少。

秋季：正序列特征曲线UF在20世纪60年代到2003年日照时数呈波动减少趋势，2003年后日照时数呈缓慢增加趋势。和逆序特征曲线UB在α= 0.05的临界线±1.96之间有3个交点，分别为1962年、1992年和2004年，但1962年在数据序列的端点，一般不可取；而1992年和2004年交点之后UF曲线未突破临界线±1.96，这说明，近54 a哈密地区秋季日照时数没有发生突变。

冬季：正序列特征曲线UF在20世纪80年代后期以后日照时数呈减少趋势；20世纪80年代后期之前日照时数呈波动增加趋势。和逆序特征曲线UB于1987年在α=0.05的临界线±1.96之间有一个交点，之后UF曲线未突破临界线-1.96，这说明，近54 a哈密地区冬季日照时数没有发生突变。

2.4影响日照时数的主要气候要素

日照时数的变化与许多气象因子有关，但大量研究表明，云量是影响日照时数的最主要因素[2，8，14-16]。由此,本文重点分析总、低云量对日照时数的影响，这里以年平均总、低云量和年日照时数为例加以说明。

表4是哈密地区云量的气候倾向率及日照时数与云量的相关系数列表，由表可以看出，哈密地区年均总云量的变化呈增加趋势，而年均低云量呈现减少趋势。年均总云量的气候倾向率为1.09成/10a，年均低云量的气候倾向率为-0.91成/10a，且总、低云量均通过0.01的显著性检验，表明总云量的增加、低云量的减少趋势是显著的。从日照时数与年均总云量、低云量的相关系数分析发现，哈密地区年日照时数与年均总云量、低云量的相关系数均为负值即呈负相关，说明总云量、低云量大的年份日照时数就小，总云量、低云量小的年份日照时数相对就大。从表中还可以看出，日照时数与年均总云量相关系数为-0.051，相关不显著，而日照时数与年低云量的相关系数为-0.556，通过了0.01的显著性检验(0.01的显著性检验临界值为0.000)，说明哈密地区年日照时数的增加主要与低云量的减少有密切关系。

表4　哈密地区云量的气候倾向率及日照时数与云量的相关系数

图3　1961—2014年哈密地区四季日照时数M-K检验曲线

3　结论

（1）全地区平均状态而言，哈密地区春季与年日照时数均呈增加趋势，增加趋势春季为9.5 h/10 a，年日照时数8.3 h/10 a，而夏、秋、冬季变化比较平稳。各年代际四季及年日照时数变化规律为20世纪60—70年代除夏季减少外，春、秋、冬季均为增加，80年代春季、夏季、冬季日照时数均略升，秋季明显减少；90年代四季日照时数均减少；2000年后，除夏季日照时数在2010年后减少，春季、秋季、冬季均持续增加，对年日照时数2000年的持续增加起着重要作用。

（2）近54 a哈密地区年、四季日照时数异常和接近异常偏少（多）年份多发生在20世纪80年代以后。年日照时数在1998年出现异常偏少，为四季日照时数同步变化造成的。过去54 a年日照时数未出现过异常偏多年。

（3）近54 a哈密地区年、四季日照时数M-K检验得知：年、秋季和冬季日照时数在近54 a中没有发生突变。春季日照时数在2004年发生了突变，夏季日照时数在1973年发生了突变。

（4）近54 a哈密地区年日照时数与总云量、低云量均表现为负相关关系，年日照时数的增加主要与低云量的减少有密切关系。

致谢：感谢王秋香老师对文章的详细指导。

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Sunshine Hour Change Characteristics and Its Influence Factors in Recent 54 Years of Hami，Xinjiang

YANG Yanling1，QIN Rong2，LU Xinyu3，YANG Hongyan4，HE Yaping2
（1.Hami Meteorological Bureau，Hami 839000，China；2.Xinjiang Meteorological Information Center，Urumqi 830002，China；3.Xinjiang Meteorological Observatory，Urumqi 830002，China；4.Shanshan Meteorological Bureau，Turpan 838000，China）

Based on the sunshine hours observation data of 6 meteorological stations in Hami, Xinjiang during the years 1961-2014,this paper investigated the trends,abnormal years,abrupt change test and influence factors of the sunshine hours of Hami in recent 54 years by the linear trend,correlation analysis and M-K abrupt change test methods.The results showed that the the spring and annual sunshine hours of Hami exhibited an increasing trend over the past 54 years,the changes of summer,autumn,and winter are relatively smooth.The abnormal low sunshine hour amount occurred in 1998,and not occurred by the abnormal high annual sunshine hour amount.The spring sunshine hours occurred abrupt change in 2004,and the summer in 1993.The increase of annual sunshine hours is strongly associated with the decrease of low cloud cover amount.

sunshine hour；climatic trend rate；abnormal year；abrupt change；low cloud cover amount

P468.027

B

1002-0799（2016）03-0072-05

10.3969/j.issn.1002-0799.2016.03.011

2015-11-10；

2016-03-21

国家自然科学基金地区科学基金项目“新疆建筑气象参数的基础理论与应用研究”（51368059）资助。

杨艳玲（1978-），女，工程师，主要从事气象短期天气预报与气候分析工作。E-mail：xjyyl2009@163.com

秦榕（1961-），女，高级工程师，主要从事气象数据质量控制和数据分析工作。E-mail：496287893@qq.com