1969—2018年广州增城日照时数的变化特征分析

杨丽英，叶 茵，梁颖茹

广州市增城区气象局，广东增城 511300

日照与人类日常生产活动及地球各圈层的互相影响密切相关，它是太阳辐射能量最直接的体现。日照的多寡通常用日照时数来表征。日照时数是反映太阳辐射时间长短的气候指标，是表征气候变化的重要气象要素之一。近年来，有不少学者对日照时数变化进行了研究。虞海燕等[1]研究了我国近59年的日照时数变化特征及其与温度、风速、降水的关系；任国玉等[2]分析了1956—2002年中国日照时数的变化特征，研究表明：全国年日照时数呈明显下降趋势；吴桂明等[3]通过对1965—2015年广东省的日照时数时空变化特征的分析，发现广东省4个季节日照时数均呈下降趋势，秋季下降最明显，其次是夏季，显著下降的区域主要位于珠三角地区；其他一些相关研究[4-6]也表明：20世纪90年代以来，广东的日照时数、太阳辐射在减少。另有研究表明，导致日照时数变化的因子主要有云量、风速以及降水等[7-9]。

广州市增城区位于广东省中部，北回归线经过增城北部，属南亚热带海洋性季风气候，具有气温高、雨量充沛、霜日少、光照充足等气候特点，全年都可栽培作物。作为全国著名的荔枝之乡，增城荔枝的闻名得益于得天独厚的气候条件。增城区多年降水、气温等气象要素的变化特征已有学者进行了研究[10]，但针对增城日照时数变化的研究暂无相关分析。探究日照时数时空分布特征和周期变化规律，不仅有利于深入了解当地气候背景和生态气候资源，而且对增城气候生态资源的可持续性开发和农业生产等有着重要意义，为农业生产等更好地利用气候资料提供理念依据。为此，对增城1969—2018年50年来日照时数的变化特征及影响因子进行研究，以期为增城气候变化及农业生产研究提供参考。

1 资料与方法

本研究采用增城国家基准气候站1969—2018年日照时数等气象要素。季节划分：3—5月为春季、6—8月为夏季、9—11月为秋季、12—翌年2月为冬季。本研究采用数理统计方法，并应用趋势法研究了不同时间尺度日照时数的气候变化特征，采用Mann-Kendall检验法(以下简称M-K检验法）对日照时数进行突变检验，利用Morlet小波方法分析日照时数的振荡周期。

2 日照时数的时间变化特征

2.1 日照时数的年际、年代际变化

从1969—2018年增城年日照时数的年际变化（图1）可以看出，增城年际变化幅度大，年平均日照时数为1 811.8 h，年最大日照时数2 231.1 h（1971年）；年最小日照时数1 434.8 h（2012年），二者相差796.3 h，振幅较大。

图1 1969—2018年增城年日照时数的年际变化趋势

1969—2018年50年间，增城日照时数出现多个高峰值和低峰值。20世纪90年代以前，日照时数波动变化较为有规律，大致每隔2～4年出现1次峰值，90年代以后波动变化规律不明显。总体增城日照时数呈显著减少趋势,气候倾向率达-8.01 h/年，其相关系数为0.596，通过了α=0.001的显著性检验，表明减少趋势非常显著；这与全国平均的日照时数呈显著的下降趋势一致。

在年代际变化方面，从1969—2018年的50年间，第1个十年（1969—1978年）与第2个十年（1979—1988年）日照时数变化不明显；但第3个十年（1989—1998年）开始出现了较明显的减少趋势，较第1个十年减少了200.8 h；第4个十年（1999—2008年）与第3个十年日照时数变化不大；但第5个十年（2009—2018年）再次出现明显下降的趋势，较第1个十年减少了302.0 h，降幅达15%，为50年来的最小值。总体而言,从年代际变化看，增城日照时数呈明显的下降趋势。

2.2 日照时数的季节变化

从表1可以看出，增城春、夏、秋、冬四季平均日照时数以秋季最多，为579.3 h/年、春季最少，为284.4 h/年。四季日照时数最小值均出现在20世纪90年代以后。

表1 1969—2018年增城四季日照时数

对1969—2018年增城春、夏、秋、冬四季日照时数进行线性趋势分析，得知增城日照时数的四季变化趋势和年变化趋势一致,都呈减少趋势。其中，夏季的气候倾向率最大，为-3.08/年，相关系数为0.530，通过α=0.001的显著性检验，说明夏季日照时数减少趋势最显著，这与等研究的广东省4个季节日照时数以秋季下降最明显的结论不一致；秋季的气候倾向率-1.99 h/年，通过α=0.01的显著性检验，另外，冬春两季均通过α=0.05的显著性检验，表明增城四季的日照时数趋势变化均呈显著减少趋势。

2.3 日照时数的月变化

分析1969—2018年增城各月平均日照时数及其气候倾向率、相关系数（表2），可知增城月日照时数平均值为151.0 h；月日照时数主要集中在下半年，下半年7—12月的日照时数（1 157.8 h）是上半年日照时数（654 h）的1.8倍；年中月日照时数最大值为7月的207.2 h，次大值为10月的205.5 h；年中月日照时数最小值为3月，76.4 h，次小值为4月83.6 h；月最大日照值与最小日照值两者振幅相差130.8 h。全年中7月日照时数增幅最大，这与前汛期结束转后汛期，降水减少有关；而全年中日照时数降幅最大的月份是2月，主要是由于低温阴雨天气所导致。

表2 1969—2018年增城各月的日照时数及气候倾向率、相关系数

从近50年的各月日照时数气候倾向率来看，1—12月的气候倾向率变化范围在-0.16～-1.20 h/年之间，均为负倾向率，说明各月的日照时数均呈减少趋势。其中11月的气候倾向率达最大-1.20 h/年，通过了α=0.01的显著性检验，减少趋势明显；7月的气候倾向率达为次大值-1.19 h/年，且通过了α=0.001的显著性检验，减少趋势最为显著；6月、8月和12月均通过了α=0.05的显著性检验，4月通过了α=0.1的显著性检验；其他月份均未通过显著性检验。

2.4 年日照时数变化的周期分析

利用Morlet小波方法分析增城年日照时数的振荡变化情况（图2）,可以发现在20世纪70年代到80年代中期以及2010年以后，增城年日照时数存在准3年左右的周期特征，且通过了α=0.05显著性检验，说明周期振荡显著。

图2 1969—2018年增城区日照时数的Morlet小波分析

2.5 年日照时数的突变分析

利用M-K检验法对1969—2018年增城年日照时数进行突变分析（图3）,给定显著性水平α=0.05,临界值范围为±1.96，可知，1969—2018年增城日照时数的UF曲线和UB曲线相交于1993年，交点在临界线之间，说明年日照时数在1993年发生突变。由UF曲线可看出，1969—1992年日照时数呈上升趋势，1993—2018年呈下降趋势，突变前年平均日照时数为2 136.3 h，突变后为1 930.9 h，前后相差205.4 h。此外，从1997年开始，UF＜-1.96，表明在1997—2018年期间增城日照时数下降趋势显著。

图3 1969—2018年增城区日照时数的M-K突变检验分析

3 影响因子分析

前人的研究结果表明，日照时数主要受云量、降水、和气溶胶等的影响[11]，因此，本研究分析了1969—2018年增城区日照时数与降雨量、降雨日数、相对湿度、风速、水汽压、低云量及总云量的相关性（表3）。

表3 日照时数与相对湿度、降雨量、降雨日数、风速、水汽压、低云量及总云量的相关性

上述要素除相对湿度外，均通过了α=0.05的显著性检验，说明年平均相对湿度变化与日照时数无太大关系。根据相关学者的研究分析可知，这是由于增城区属于亚热带季风气候，终年温暖湿润，1969—2018年相对湿度平均值为79.3%，最大值为83.2%，最小值为72.4%，数值稳定，年际变化小，因此与日照时数的相关性很低；低云量、总云量、降水量与日照时数呈显著的负相关关系，其中低云量和总云量通过了α=0.001的显著性检验，表明云量是影响增城日照时数变化最主要的气象要素；而风速呈正相关，说明风速越大的年份对应的日照时数越多，这是由于风速大有利于空气中的水汽、气溶胶粒子等扩散，使得地面能接收更多太阳辐射，从而导致日照时数偏多。

分析1969—2018年增城区低云量与日照时数的线性趋势（图4）可知，增城区近50年低云量呈明显增多的趋势，低云量高的年份日照时数少，负相关性十分明显。有研究[12]也表明，由于近年来大气污染日趋严重，大气气溶胶浓度不断增加，促进了云的形成，进一步阻挡削弱了太阳辐射，从而导致了日照时数的减少，与上述结论非常一致。

图4 1969—2018年增城区低云量与日照时数折线图

4 结论

（1）1969—2018年增城年日照时数总体呈减少趋势，与全国平均的日照时数呈显著的下降趋势一致，年日照时数在1993年发生突变，开始呈下降趋势，且在1997—2018年下降趋势显著。

（2）日照时数存在明显的季节差异，秋季最多为579.3 h/年、春季最少为284.4 h/年；四季平均日照时数均呈减少趋势，夏季减少趋势最为显著。

（3）逐月日照时数中，最大值为7月的207.2 h，最小值为3月的76.4 h；所有月份日照时数均呈减少趋势，7月减少最明显。

（4）在20世纪70年代到80年代中期以及2010年以后，增城年日照时数存在准3年左右的显著振荡周期。

（5）除风速与日照时数呈正相关关系外，低云量、总云量、降水量、降水日数等均与日照时数呈负相关关系，其中低云量和总云量通过了α=0.001的显著性检验，表明云量是影响增城日照时数变化最主要的气象要素。