咸宁市日照时数时空变化及影响因素

贺莉微 夏青

摘要：利用1960-2016年咸寧市6个国家观测站逐月日照时数、总云量、低云量、相对湿度、降水量和降水日数等资料，采用气候倾向率、Mann-Kendall检验和小波分析等方法分析咸宁市日照时数变化特征及其与各气象要素之间的相关性。结果表明，咸宁地区日照时数呈现中部少、南北部多的空间分布特征，近57年咸宁市日照时数呈减少趋势，近30年减少趋势有所减缓；夏季、秋季和冬季均呈减小趋势，尤以夏季的8月减少速率最大。20世纪60-70年代，年日照时数以异常偏多年份为主，20世纪80-90年代和2000年以后，以异常偏少为主。1977年日照时数发生了明显减少的突变，以3年和7年振荡周期最为显著。季节和年日照时数与气象要素多数表现为显著的负相关关系，近57年咸宁地区日照时数的减少与低云量、降水日数和降水量有着密切的关系，但对比近30年的变化来看，这些影响因子的显著性减少趋势对日照时数的贡献大于它们增多的趋势。

关键词：日照时数；气候倾向率；Mann-Kendall检验；小波分析

中图分类号：P468 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2018）08-0031-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.08.008

Spatial and Temporal Variation Characteristics of Sunshine Hours and Influence of Meteorological Factors in Xianning

HE Li-wei1，XIA Qing2

（1.Xianning Meteorological Bureau， Xianning 437100，Hubei，China；2.Hubei Public Meteorological Service Center，Wuhan 430074，China）

Abstract： Based the monthly sunshine duration， total cloud cover，low cloud cover，relative humidity，precipitation days and precipitation at 6 meteorological observation stations in Xianning from 1960 to 2016，the temporal and spatial variation characteristics of sunshine duration and their correlation with meteorological factors were studied by using the climate tendency rate，Morlet wavelet analysis and Mann-Kendall test methods. The results indicated that the annual sunshine duration was high in the middle and low on the north and south in Xianning. The change of annual sunshine duration showed a decreasing tendency in whole area in Xianning from 1960 to 2016 and the decreasing tendency had slowed down in the past 30 years.The sunshine duration in summer，autumn and winter showed a decreasing trend，especially in August. In the 1960s and 1970s annual sunshine hours were unusually high. In the 1980s-1990s and 2000 years later annual sunshine hours were abnormal too few. The mutation of sunshine duration with the obvious decrease occurred in 1977，and the oscillation periods of 3-year and 7-year were significant. The seasonal and annual sunshine hours and meteorological elements were mostly negative correlation. The reduction in sunshine hours was closely related to low cloud cover，precipitation days and precipitation in Xianning during 1960-2016. But in contrast to the changes of the past 30 years，the significant reduction trend of these influencing factors contributes more to the increasing trend of sunshine hours.

Key words： sunshine hours； climatic tendency rate； Mann-Kendall test； Morlet wavelet analysis

日照时数是指太阳在某地实际照射的时数，也称实照时数[1]。日照时数是表示太阳辐射强弱的气象要素之一，也是影响气候变化的主要气象要素之一[2]。日照时间的长短直接影响着农牧业生产，并对人类的日常生活有着直接的影响[3，4]。根据IPCC第4次评估报告，全球在变暖的同时也在变暗[5]。近年来研究表明，虞海燕等[6]指出全国年日照时数呈显著减少的趋势，平均每10年减少36.9 h。任国玉等[7]研究表明，近50年来中国日照时数呈明显减少的趋势，其趋减幅度具有东部大于西部、平原大于山区的特点，日照时数的变化还存在明显季节性差异，冬、夏两季趋减幅度大于春、秋两季。但在中国少数地方的日照时数存在增加趋势，华维等[8]指出青藏高原西部、西藏中东部和青海南部地区呈现显著增加趋势。贺俊杰等[9]指出内蒙古锡林浩特市近50年的日照时数呈显著增加趋势。

咸宁市位于湖北省东南部，长江中游南岸，整个地势由东南向西北倾斜，境内地形复杂，湖泊众多，长江绕经西北部。目前，对咸宁市温度、降水等的研究，已有很多很全面的分析，但对反映气候状况的重要要素之一日照时数的研究还较少，因此，本研究对近57年咸宁市日照时数的变化特征和影响因子进行分析。

1 资料与方法

选取咸宁市6个国家气象观测站1960-2016年逐月日照时数、总云量、低云量、相对湿度、降水量和降水日数等资料。季节划分：春季为3-5月，夏季为6-8月，秋季为9-11月，冬季为12月至翌年2月。

采用线性方程拟合方法[10]进行日照时数及其他气象影响因子的变化趋势分析。利用Mann-Kendall（M-K）方法对序列进行突变检验，明确突变开始时间及突变区域，运用Morlet小波方法给出信号变化的时间尺度，表征周期变化特征。

2 日照时数的时间分布特征

2.1 日照时数年际和季节变化趋势

咸宁市平均年日照时数为1 726.8 h，其中春季384.6 h，約占全年22.3%；夏季599.8 h，约占全年34.8%；秋季434.0 h，约占全年25.1%；冬季307.4 h，约占全年17.8%。以夏季最多，冬季最少。从空间分布来看，各地年日照时数为1 633.3～1 841.5 h，整体而言呈现中部少、南北部多的空间分布特征。

由图1可以看出，近57年咸宁市年平均最多日照时数为2 030.1 h（1963年），最少日照时数为 1 464.7 h（1982年）。整体而言表现为-49.69 h/10年的显著下降趋势，并且通过了0.01水平的显著性检验。同时日照时数变化表现为缓升陡降的趋势，1980-1985年日照时数明显减小，有5年日照时数低于平均值；2013-2016年从高于平均值到连续4年低于平均值，降幅明显。近30年（1987-2016年）下降趋势表现为-18.55 h/10年，减少趋势有所放缓（表1）。

通过对四季的分析（表1）表明，近57年夏季、秋季和冬季均呈减小趋势，尤以夏季减少最多（-31.28 h/10年），冬季次之，秋季减少最少（-7.4 h/10年），且均通过了显著性检验。春季表现为增多趋势（1.86 h/10年），但未通过显著性检验，变化趋势不显著。

近30年的四季变化与近57年变化趋势一致，均是夏季、秋季和冬季呈减小趋势，春季呈增多趋势，但变化幅度大，整体而言呈日照时数增多趋势，所以近30年日照时数虽然仍是减少趋势（-18.55 h/10年），但较之近57年而言却为增多趋势。

2.1.1 日照时数的异常年份分析 世界气象组织对气候异常提出两种判别标准。一是距平超过标准差的2倍以上，二是它出现的几率为25年以上一次。采用距平大于标准差的2倍作为异常，以标准差的1.5～2.0倍为接近异常来分析咸宁市日照时数的异常特征。

从近57年咸宁市异常年份（含接近异常）表2可以看出，春季以异常偏多年份为主，共出现5次，主要集中在20世纪60年代和2000年以后，其中1965年异常偏多120.8 h，异常偏少年份出现在2000年以前；夏季以异常偏少年份为主，也出现5次，主要集中在20世纪80-90年代，其中1999年异常偏少214.1 h，偏多年份主要集中在20世纪60-70年代；秋季异常偏多偏少年份均出现4次，偏多年份主要集中在20世纪60-70年代，偏少年份主要集中在20世纪80年代和2000年以后，其中2016年异常偏少138.5 h，1979年异常偏多173.5 h；而冬季在历史上仅1963年出现异常偏多231.9 h，异常偏少出现3次。

年日照时数以异常偏多年份为主，主要出现在20世纪60-70年代，是由于夏季和秋季异常偏多造成，其中以1963年偏多303.3 h，异常偏少年份出现在20世纪80-90年代和2000年以后。

2.1.2 年日照时数的突变特征 用M-K法检测1960-2016年咸宁市年日照时数序列的突变，给定显著性水平α=0.05，即U0.05=±1.96，结果（图2）显示，UF一直呈现波动减小趋势，自19世纪80年代以来，咸宁市年日照时数有明显的减少趋势，90年代之后这种减少趋势甚至超过0.001显著性水平（U0.001=±2.56）。根据曲线交点位置，确定19世纪80年代左右日照时数的减少是一种突变现象，具体是从1977年开始的。

2.1.3 年日照时数的周期分析 分析日照时数的周期特征不仅有助于更好地理解过去变化，也有利于推测未来的演变。采用Morlet小波方法分析咸宁市1960-2016年年日照时数的小波变化（图3）。结果表明，咸宁市年日照时数存在多周期变化特征，存在3年和7年的变化周期，1960-2016年呈现出3年左右的变化周期，同时在1970-1998年存在一个7年左右的变化周期，且均通过α=0.05的显著性水平检验（0线以内）。其中7年的周期与厄尔尼诺呈现有关，3年的周期与大气环流2～4年准周期一致[11]。

2.2 日照时数月变化趋势

由表3可以看出，1960-2016年咸宁市月平均日照时数分布呈现明显的单峰型，峰值出现在7月（224.7 h），谷值出现在2月（87.8 h），7月和8月的日照时数明显多于其他月份，对夏季日照时数贡献最大；从气候倾向率可以看出，除3月和4月外，其余月份日照时数均呈现出减少趋势，其中夏季减少最为明显，8月减少率最多（-13.31 h/10年），7月次之（-9.52 h/10年），6月再次之（-8.46 h/10年），且1月和6-8月均通过0.01显著性检验，说明这种减少趋势是显著的，可见，夏季日照时数的显著减少对年日照时数的减少贡献最大。

3 气象因子影响分析

相关研究表明，影响日照时数变化的主要因子除了云量、降水、相对湿度等气候因子外，人类活动特别是工业排放污染物的急剧增长也是造成其变化的一个重要因素[12-17]。由于咸宁无大型工矿企业，污染物的排放对日照时数的影响很小，因此只考虑气候因子对日照时数变化的影响，并对其进行分析。

通过对影响日照时数的气象因子的气候倾向率（表4）来看，总云量除冬季外，其他季节和年呈现不同程度的减少趋势，以春季最为显著（-0.14成/10年）；低云量和相对湿度的季节和年均呈现减少趋势，均为春季减少最显著（-0.29成/10年和-1.38%/10年）；降水量除春季外，其他季节和年均表现为增多趋势，尤以年增长最多（26.43 mm/10年），但未通过显著性检验；降水日数夏季和冬季为增多趋势，春季、秋季和年表现为减少趋势，其中年变化减少最多（-1.3 d/10年），未通过显著性检验。

就相关系数而言，日照时数与总云量、低云量、相对湿度、降水量和降水日数多数呈现显著的负相关，尤以冬季和春季最为显著，且季节变化均通过0.01的显著性检验，而年变化除低云量和相对湿度外，也均通过了0.01的显著性检验。

据上所述，季节和年日照时数与上述气象因子多数表现为显著的负相关关系，即随着总云量、低云量、相对湿度、降水量和降水日数的增加，日照时数表现为减少趋势。从表4可以看出，低云量、降水日数和降水量的部分季节和年表现为增加趋势，表明日照时数的减少与其有着密切的关系。但同时从表1可以看到，近30年以来虽然日照时数仍为减少趋势，但较之近57年来说却是增加的趋势，說明这些影响因子的显著性减少趋势对日照时数的贡献大于增多趋势。

4 小结

1）咸宁地区日照时数呈现中部少、南北部多的空间分布特征，平均年日照时数为1 726.8 h。近57年咸宁市日照时数呈减少趋势，趋势变化为-49.69 h/10年。近30年减少趋势有所减缓。

2）咸宁地区夏季日照时数最多，约占全年34.8%，以7月最多（224.7 h），冬季最少，约占全年17.8%，以2月最少（87.8 h）。近57年夏季、秋季和冬季日照时数均呈减小趋势，尤以夏季减少最多，为-31.28 h/10年，从月日照时数来看，8月减少最多，为-13.31 h/10年，春季表现为增多趋势，但变化趋势不显著。近30年减少趋势有所减缓。

3）年日照时数以异常偏多年份为主，主要出现在20世纪60-70年代，是由夏季和秋季异常偏多造成，其中以1963年偏多303.3 h，异常偏少年份出现在20世纪80-90年代和2000年以后。

4）近57年咸宁地区日照时数的减少是一种突变现象，具体突变时间是1977年。同时还存在3年和7年的变化周期，1960-2016年呈现出3年左右的变化周期，同时在1970-1998年存在一个7年左右的变化周期。

5）季节和年日照时数与总云量、低云量、相对湿度、降水量和降水日数多数表现为显著的负相关关系，近57年咸宁地区日照时数的减少与低云量、降水日数和降水量有着密切的关系，但对比近30年的变化来看，这些影响因子的显著性减少趋势对日照时数的贡献大于其增多的趋势。

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