福州市近70年日照变化趋势分析

王丽玉，李双锦，林莹晶

1.福建省气象台，福建福州 350008；2.福建省气象信息中心，福建福州 350008

日照是重要的气象因子，也是共人类开发利用的可再生能源，与农业生产和人类的生产活动密切相关，更是农作物生长发育不可缺少的条件。日照时数是地面直接接受太阳光照射的实际小时数，是表征太阳辐射强弱的气象要素之一[1]。近百年来，全球正经历变暖为主要特征的显著变化，气候变化引起大气物理结构和化学变化，进而影响太阳辐射能量的变化。在全球气候变暖的大背景下，各地日照时数也随之发生了变化[2-3]。

福州市的日照时数也发生了相应的变化，对福州的工农业生产、生态城市发展也产生了影响。本文利用福州国家基准气候站1951—2020年的日照时数资料，采用统计分析方法和突变理论，对该地区的日照时数变化规律进行研究，以期为福州市农业结构调整、合理布局农业生产、生态城市建设规划、旅游资源开发利用提供科学依据。

1 资料与方法

选取福州市1951—2020年逐日日照时数观测资料，对日照时数进行计算、整理，整理出月、季、年的日照时数长序列。依据气候学方法划分四季：春 季（3—5月）、夏 季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月—翌年2月）。采用线性趋势估计法、滑动平均及累积距平法，分日照时数序列的线性趋势倾向率和变化趋势，用Mann-Kendall非参数检验法对日照时数进行突变检验分析。

2 结果与分析

2.1 日照时数的变化特征

福州近70年来日照时数多年平均值为1 672.4 h。总体呈减少趋势变化，其气候倾向率为71.338 h/10年。即每平均10年减少71.338 h。年际变化幅度较大（1963年为2 378.4 h，2016仅为1 287.2 h，最多年份为最少年份的1.85倍），且呈波动变化，表现为日照多寡交替出现。从5年滑动平均曲线来看，近70年福州日照时数表现为“升—降—升—降”交替变化（图1）。

图1 福州1951—2020年年日照时数变化趋势

1951—2020年年日照时数大致可分为2个阶段：1951—1981年为年日照偏多期；1982—2020年为日照偏少期，2016年达近70年的极低值（1 287.2 h）。1951—1981年，各年代平均日照时数高于1 972.4 h。年日照时数20世纪90年代最低，比平均值低202.1 h。进入21世纪以来，日照时数逐渐增多，尤其是2004之前日照时数明显增多。21世纪头10年增加明显，比平均值低43.2 h，比最低的90年代高158.9 h。2005以后日照时数呈减少趋势。

2.2 季日照时数的变化特征

日照时数的年际变化存在明显的季节差异。近70年福州春夏秋冬日照时数均呈减少趋势，其气候倾向率分别为-9.14、-25.421、-13.204、-15.805 h/10年，其中，夏、冬季减少趋势较显著，春、秋季减少趋势较弱（图2）。

图2 福州1951—2020年各季日照时数的逐年变化曲线

从5年滑动平均趋势可以看出，春季日照时数以1977年、2004年为界分3个阶段：1977年之前为偏多期，1978—2004年为偏少期，2005—2020年为日照多寡交替频繁变化。夏季日照时数以1975年、1992年为界，1975年之前为偏多期，1976—1992年期间日照多寡交替频繁变化，1993—2020年为日照时数偏少期。秋季日照的多寡交替频繁，阶段特征不甚明显。冬季日照时数基本呈3个阶段：以1981年为界，1981年之前为日照时数偏多期，之后为偏少期。

2.3 日照时数的年代际变化特征

20世纪50、60年代四季的日照时数均为偏多，使得年日照时数显著偏多，其中以夏季偏多最为突出。70年代春季日照时数偏少，夏、秋、冬季的日照时数偏多使得70年代日照时数总体上偏多。80年代、90年代、2011—2020年四季日照时数均呈偏少；80～90年代春季的日照、2011—2020年四季日照时数均呈偏少，使得年日照时显著偏少，其中80年代春、秋季减少显著，90年代夏季较少异常偏少，2011—2020年夏、冬季节减少显著；70年代春季日照时数略为偏少，夏秋冬季偏多，年日照时数呈偏多。2001—2010年变化与20世纪70年代相反，春季日照时数呈增多变化，夏、秋冬季呈显著偏少，使得年日照时数总体呈偏少（表1）。

表1 福州1951—2020年各年代际、季日照时数距平 h

2.4 日照时数的年内分布特征

从福州市平均日照时数年内分配特征可以明显看出，日照时数主要集中分布在6—10月，日照时数均超过140 h，占全年的54%；其余月份日照时数分配比较均衡，为85～121 h。全年日照时数最多出现在7月（237.7 h），最少为2月（85.2 h），日照时数最多月是最少月的2.8倍多。各年代的年内日照时数分析表明：70年代、90年代最少日照时数出现的时间有所不同，70年代最低出现在5月，90年代最少出现在3月，其他各年代变化趋势基本相似。

2.5 日照时数的突变检验分析

气候突变是指在较短时间内从一种相对稳定的气候状态向另一种气候状态快速转变，表现出气候系统的非线性特征。福州市日照时数1951—1953年呈减少趋势，从1954—1974年呈增加趋势，1975—2020年一直呈下降趋势，UF和UB线在1980附近发生交叉，且交叉点处于α=0.01的信度线区间内，UF线自较差点后与1984年后稳步下降并穿越-2.56的信度线。由此可见，福州市年日照时数在1980年发生减少突变，日照向着减少的方向变化。

图3为福州市近70年的四季日照时数Mann-Kendall突变检验曲线。由图3a可知。福州市春季日照时数数在1951—1979年之间日照时数呈增加趋势,进入20世纪80年后日照时数呈减少趋势，UF和UB线相交于1973年附近，且交叉点处于α=0.01的置信区间内。

由图3b可知，夏季日照时数在1953年、1956—1958年、1967年、1971年呈增加趋势，1972年以来呈减少趋势，UF和UB线在1980年附近有交叉点，交叉点处于α=0.01的置信区间内，UF线自交叉点后稳步下降并穿过α=0.01显著检验性边界，可见夏季日照时数在1980年附近发生日照时数由多向少突变。

由图3c可知，福州市秋季日照时数在1953—1970年呈增多趋势，之后日照值2020年日照时数呈减少趋势，UF和UB线在1977年附近发生交叉，交叉点处于α=0.01的置信区间内，UF线自交叉点后稳步下降并穿过-2.56的信度线，可见秋季日照时数在1977年附近日照时数减少突变。

由图3d可知，1954—1977年日照时数（除1968年、1972年、1976年日照时数减少）呈增多加趋势，进入1978年以后，日照时数呈减少趋势，UF和UB两线相交于1981年，交叉点位于α=0.01置信区间内，自交叉点之后UF稳步下降并穿过-2.56的信度线，可见福州市日照时数在1981年附近发生由多向少的突变，并于1993年起日照时数呈现显著减少趋势。

图3 福州市四季的日照时数Mann-Kendall突变检验

3 结论

近70年来，福州市年日照时数呈显著减少趋势，以71.338 h/10年的速率递减，70年间，辐照日照时数减少了499.4 h，日照时数年际变化幅度较大，峰值点出现在1963年（2 378.4 h）峰谷点出现在2016年（1 287.2 h），两者相差大1 091.2 h，较多年是较少年份近2倍之多。

四季日照时数变化与年日照时数变化基本一致，均呈减少趋势，夏、冬两季减少得多，春季减少最少。

福州市年日照时数在1980年附近发生突变，之后呈减少趋势；突变前后年平均日照时数相差307.1 h。春季在1973年左右发生突变，夏季在1980年、秋季在1997年、冬季在1981年也存在突变现象。