气候变化背景下广西日照时空分布特征及影响研究

关键词：日照时数；日照百分率；时空分布；森林覆盖率

前言

在全球气候变暖的大背景下，大气的物理与化学构成正经历变革，这直接关联到太阳辐射能量的调整。日照作为气候要素中的关键角色之一，它在维持生态系统的平衡和功能中扮演着至关重要的角色。日照对森林生态环境有着深远的影响，促进光合作用，驱动植物生长，调节水分循环，影响物种分布与多样性。充足的光照、太阳辐射也是维持森林生态系统循环的必要自然条件之一。

广西地处低纬度地区，北回归线横贯中部，属中、南亚热带季风气候，热量丰富、日照充足，光热资源丰沛。汪姚、李岚、李晶晶等研究发现中国及大部分省域的日照时数随着时间的变化主要呈现逐年减少的趋势，韦超、陆兰生、廖家旺分析了广西及市县（区）日照资源分布状况，一定程度上揭示了日照时间尺度变化规律及空间尺度分布特征。鉴于广西地区地形错综复杂，气候多变，随着全球气候变化的日益加剧，日照的日寸空分布规律也在发生变化。因此，深入研究在气候变化背景下广西日照时空分布特征并探讨其对森林生态环境的影响，显得尤为重要和迫切。此研究的成果将为广西光照资源的充分挖掘和有效利用提供数据支持与科学指导，对促进资源可持续管理、合理规划产业布局等方面具有实际应用价值。

1资料和方法

1.1资料

收集和整理1961年-2020年广西91个国家气象观测站日照时数、日照百分率逐日观测数据，通过对观测记录进行统计处理，计算得出了各站点的月、季、年值，数据来源于广西壮族自治区气象信息中心。

收集和整理2015年-2020年广西全区、14个市的森林覆盖率数据，数据来源于广西壮族自治区统计局网站。

1.2方法

采用线性倾向估计方法根据统计的日照时数、日照百分率逐年值，利用线性回归方法对逐年时间序列进行拟合，分析随时间发生的直线倾向率变化情况并揭示日照变化趋势。

采用距平分析法、低频滤波方法根据逐年日照时数的距平，分析日照随时间的阶段性变化，由曲线明显的上下起伏直观判断其长期显著的演变趋势及持续性变化。

采用反距离权重插值方法对年日照时数、日照百分率数据进行空间插值处理，基于sufer制图软件，绘制广西区域空间化的年、四季日照时数和日照百分率分布图。

2日照时间变化特征

2.1日照年际变化

从年际时间跨度上看，日照时数在1961年至2020年间呈现出一个波动递减的趋势（如图1所示）。具体而言，日照时数在20世纪的60年代到80年代以及21世纪初OO年代里相对较多，而到了20世纪90年代及21世纪10年代，则进入了偏少时期。为了过滤掉日照年变化的高频噪声和短期天气波动，进一步揭示日照具有明显的年际波动特征，从图1中的日照低频滤波曲线很明显地可以看出，日照时数在20世纪90年以前、21世纪初期前10年以偏多为主，20世纪末期10年偏少，尤其进入21世纪10年以后持续偏少。

近60年广西全区日照时数整体都呈显著减少趋势，减幅为37.9h/10a，通过0.001显著性检验。在广西全境范围内，年日照时数的峰值出现在1963年，当年累计日照时长高达1921.2h，较多年平均水平高出403h；与此形成鲜明对比的是1997年，该年的日照时数降至历史最低点，仅为1227.1h，比多年平均值少了291.1h，显示了年际间日照时数的显著波动。

2.2日照季节变化

广西的日照时数和日照百分率表现出明显的季节性变化特征，特点是夏季日照最为充沛，其次为秋季，而冬季日照则最为稀少（如图2所示）。这种季节性变化具体表现为：

春季（3月至5月），随着太阳直射角度的提升，日照时数呈现上升趋势。此时，广西全区的日照时数为297.5h，日照百分率为25%。

夏季（6月至8月），由于太阳直射点靠近北回归线，广西受到副热带高压的控制和影响，日照强烈且频繁，日照时数高达532h，日照百分率达到44%。

秋季（9月至11月），全区日照时数为472.4h，日照百分率为45%。值得注意的是，桂东和桂南地区因受副热带高压控制，常有晴朗天气，日照时数可达500h以上，然而，桂西北和桂北山区因位于副热带高压边缘，降雨较多，日照时数则低于400h。

冬季（12月至次年2月），广西上空常有冷暖气团交汇，导致云层密集，日照时间明显减少，日照时数在251.3h，日照百分率回落至25%。

2.3日照月际变化

从日照的月度变化曲线来看（如图3所示），广西日照月际变化趋势呈现出以下特征：从3月到7月，日照时数呈现出逐月上升的态势，在7月或8月达到峰值；自9月开始各地的日照时数开始逐步减少，直至翌年的2月降至全年最低水平。日照百分率与日照时数的月际变化波动趋势相吻合，二者全年最低点出现在每年的2月或3月，由于频繁的阴雨天气，这时段内导致全区平均日照时数降低至60h～66h，日照百分率也相应地减少至18%～19%。相比之下，大部分地区在8月到9月期间，日照时数及日照百分率达到最高，由于副热带高压的控制，晴朗天气显著增多，全区平均日照时数为180h～194h，日照百分率为49%。

3日照空间分布特征

3.1年日照时数空间分布

广西各地的年平均日照时数范围为1179～2216h，空间分布呈现出明显的地域特点：南部地区日照时数普遍高于北部，河谷和平原地带的日照时间多于丘陵和山区。具体而言：

桂北的北海市、玉林市大部、梧州市东南大部、钦州市南部、防城港市北部以及右江河谷区域还有上思、宁明等县，年日照时数均超过1700h，其中涠洲岛的日照时数最为丰富，高达2216h。相对的，河池、桂林、柳州三市的大部分地区，百色市东北和西南部分地区，以及贺州、梧州、贵港、来宾四市交界地带，年日照时数则不足1500h。特别是在桂北与湖南、贵州交界处的边缘县份，日照时数甚至低于1300h。值得一提的是，位于大瑶山区的金秀县，全年日照时数仅为1179h，是广西有气象日照时数记录最少的站点。广西其余地区，年日照时数则介于1500h至1700h之间（见图4）。

3.2年日照百分率的空间分布

广西各地区的年平均日照百分率分布为27%～50%，空间分布特征呈现出显著的地理差异：南部区域的日照百分率普遍高于北部，河谷和平原地带的日照百分率高于丘陵和山区。具体而言：

位于南部的北海市以及上思、田阳等地区，年日照百分率均在40%以上，其中涠洲岛的日照百分率最高，达到了50%。桂林、柳州、河池三市，百色市的西南部与东北部山区，南宁市北部，来宾市东西两侧、贺州北部和西部以及梧州和贵港北部等地，年日照百分率则在35%以下；尤其是在桂北地区，接近湖南和贵州两省边界的一些县份，以及金秀县，日照百分率更是低于30%，金秀和天峨两地的日照百分率最低，仅有27%。广西的其余地区，年日照百分率则集中在35%至40%之间（见图5）。

4森林生态环境的影响分析

与森林生态环境之间的关系是复杂且相互作用的，它们共同影响着一个地区的生态环境和生物多样性。太阳与森林覆盖率之间存在密切的关系，是影响森林生长和发育的重要因素之一，而森林覆盖率的变化也会对生态环境条件产生反馈作用。与森林覆盖率之间的关系主要体现在以下几个方面：

4.1日照对森林生态环境的影响

（1）光合作用：森林树木通过光合作用将光照的部分能量转化为生物能储存在森林生态系统中，这是维持森林生态中全部动植物的生物量及生命过程的基础。日照时数的长短和光照强度的变化会直接影响光合作用的效率和强度，从而影响森林的生长速度和健康状况。

（2）植被生长：日照时数和光照强度的增加有利于阳性植物的生长和繁育。一般来说，日照时数越长，越有利于植被的生长发育，从而提高森林的覆盖率和生物量。然而，对于耐阴性植物来说，过强的日照可能会对其生长产生不利影响。

（3）生态环境：日照还与高温等环境因素产生叠加效应，影响森林的蒸腾作用和水分平衡。当日照与高温的共同作用可能导致植物蒸腾加快，水分丧失过多，从而限制树木的生长量，进而影响森林的覆盖率和生态安全。

4.2森林覆盖率对日照的反馈作用

（1）气候调节：森林作为地球生态系统的重要组成部分，具有显著的气候调节功能。高森林覆盖率能够增加地表的粗糙度，降低风速，减少蒸发，从而在一定程度上影响日照的分布和强度。此外，森林还能通过蒸腾作用等方式影响局部气候环境。

（2）生态平衡：森林覆盖率的增加有助于维持生态平衡和生物多样性。一个健康、稳定的森林生态系统能够更好地适应气候变化和自然灾害等外部因素的冲击，从而保持内部的日照等环境条件的相对稳定。

4.3广西日照与森林覆盖率的关系

相关研究表明，日照时数是影响森林覆盖率的主要因素之一。但是，日照对森林生态环境的影响是复杂且非线性的关系。以上章节研究结果显示，广西全区的年均日照时数为2000h～2800h之间，不同地区的日照时数存在明显差异；同时，广西全区的森林覆盖率也在逐年提高，从2015年的62.2%增长到2020年62.5%。对2015年一2020年广西全区、14个市的森林覆盖率和日照时数进行相关性研究，结果显示二者没有通过相关性检验，表明二者线性相关不显著（如图6所示）。由此可见，日照与森林覆盖率之间的关系并非静态不变，而是一个动态平衡的过程。不同地区的日照条件和森林生长状况受到多种因素的影响，因此日照与森林覆盖率之间的关系是复杂且相互作用的，它们共同影响着一个地区的生态环境和生物多样性。

5结论

广西各地年日照时数为1176h～2217h，年日照百分率为27%～50%。广西日照的时间变化规律表现为逐年波动且显著下降的趋势，平均递减速率为37.9h/10a，从年际上看出现两个高峰期（20世纪60年代至80年代、21世纪初）和两个低谷期（20世纪90年代、21世纪10年代）；日照表现出明显的季节性，夏季最为充沛，冬季则最少，日照在7月-9月最高，2月-3月降至全年最低。广西的日照在空间分布上呈现出南多北少、平原多于丘陵山地的特点，其中，右江河谷、北海、玉林大部分区域以及梧州东部、钦州、上思、宁明等地，年日照时数超过1700h，北海、上思、田阳等地的日照百分率高于40%；极少值区域主要分布在广西北部与湖南、贵州交界处的县份以及金秀县。日照与森林覆盖率关系复杂，相互影响生态环境，广西研究表明二者关系非线性，呈现动态变化，共同作用于生态环境和生物多样性。