姚曉蘭，吳就勇，羅 俊

(貴州省三穗縣氣象局，貴州 三穗 556500)

1 引言

太陽(yáng)輻射是地球上一切能量的主要來(lái)源，它的變化對(duì)大氣熱力狀況、生物生長(zhǎng)以及人類活動(dòng)等都有著顯著的影響。到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射與太陽(yáng)常數(shù)、云量、大氣中的水汽含量以及大氣氣溶膠含量等有密切關(guān)系。太陽(yáng)輻射變化的最直接反映是日照時(shí)數(shù)的變化。

近年來(lái)，環(huán)境與氣候的變化日益受到人們的關(guān)注。日照時(shí)數(shù)是影響氣候變化、地球生態(tài)系統(tǒng)和人類活動(dòng)的重要驅(qū)動(dòng)力之一，因此在氣候變化研究中越來(lái)越受到重視。大多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)全球太陽(yáng)輻射量表現(xiàn)出逐年降低趨勢(shì)，并把這種現(xiàn)象稱為“全球變暗”［1－2］，對(duì)全球大多數(shù)地區(qū)太陽(yáng)輻射或日照時(shí)數(shù)的研究也證實(shí)了這一結(jié)論，如美國(guó)、西歐和中歐的大多數(shù)地區(qū)等［3－4］。我國(guó)關(guān)于日照時(shí)數(shù)變化的研究也有不少，吳昊文［5］等發(fā)現(xiàn)，浙江省日照時(shí)數(shù)呈明顯的減少趨勢(shì)，以夏季最為明顯，而春季的日照時(shí)數(shù)變化與年變化不一致，呈增加趨勢(shì)變化。靳利梅［6］指出，上海地區(qū)日照時(shí)數(shù)呈顯著減少趨勢(shì)變化，其中夏季、秋季和冬季日照時(shí)數(shù)顯著減少，春季日照時(shí)數(shù)變化不顯著;年日照時(shí)數(shù)與降水量和降水日數(shù)呈極顯著的負(fù)相關(guān)，各季日照時(shí)數(shù)與云量、水汽壓和降水基本都呈顯著的負(fù)相關(guān)。楊小梅［7］研究中國(guó)西南地區(qū)日照時(shí)數(shù)的變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，中國(guó)西南地區(qū)日照時(shí)數(shù)的降低主要發(fā)生在低海拔區(qū)，特別是四川盆地和貴州高原，而位于高海拔區(qū)的大多數(shù)臺(tái)站降低幅度較小或?yàn)樵黾于厔?shì)。本文通過(guò)相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)貴州黔東南州日照時(shí)數(shù)變化特征進(jìn)行初步分析。

2 資料和方法

本文選取黔東南州16 個(gè)臺(tái)站1971—2011年各站各月日照時(shí)數(shù)、月平均總云量、月平均低云量資料進(jìn)行分析。

研究方法采用線性趨勢(shì)分析法、Mann－Kendall 法［8］。

季節(jié)劃分按氣候?qū)W劃分法，春季:3—5月;夏季:6—8月;秋季:9—11月;冬季:12月—次年2月。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 黔東南州日照時(shí)數(shù)的時(shí)間變化

3.1.1 全年日照時(shí)數(shù)的時(shí)間演變特征 通過(guò)統(tǒng)計(jì)計(jì)算可得，1971—2010年，黔東南州的年日照時(shí)數(shù)的多年平均值為1 186.4 h，年日照時(shí)數(shù)最多為1 410.7 h，出現(xiàn)在1978年，年日照時(shí)數(shù)最少為1 021.1 h，出現(xiàn)在2005年，兩者差值為389.6 h，占多年平均值的32.8%，充分表明，日照時(shí)數(shù)年際振蕩較大。根據(jù)黔東南州1971—2010年的逐年日照時(shí)數(shù)，作出黔東南州逐年日照時(shí)數(shù)及變化趨勢(shì)圖(圖1)。由圖中可以看出，1971—2010年，黔東南州日照時(shí)數(shù)有明顯的年際變化特征，總體呈下降的線性趨勢(shì)。1971—1976年，日照時(shí)數(shù)呈下降變化，且除1976年外，日照時(shí)數(shù)均在40 a 平均值水平之上;1978—1984年，日照時(shí)數(shù)也呈波動(dòng)下降變化;1984—1988年，日照時(shí)數(shù)呈上升變化;1988—2005年，日照時(shí)數(shù)基本呈下降變化;2005年后，日照時(shí)數(shù)略有回升。通過(guò)計(jì)算得出1971—2010年，黔東南州年日照時(shí)數(shù)的一元線性變化趨勢(shì)系數(shù)為－34.63，日照時(shí)數(shù)與時(shí)間的相關(guān)系數(shù)r =0.441，通過(guò)α =0.01顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明，1971—2010年黔東南州年日照時(shí)數(shù)的線性減少變化趨勢(shì)是顯著的。

圖1 1971—2010年黔東南地區(qū)逐年日照時(shí)數(shù)及變化趨勢(shì)圖

3.1.2 四季日照時(shí)數(shù)的時(shí)間演變特征 利用黔東南地區(qū)1971年3月—2011年2月的月日照時(shí)數(shù)，計(jì)算出黔東南地區(qū)1971—2010年春、夏、秋、冬四季的平均日照時(shí)數(shù)(見(jiàn)表1)。

表1 1971—2010年多年平均的黔東南州各季日照時(shí)數(shù)

由表1 可以看出，黔東南州日照時(shí)數(shù)為夏季最多，秋季次之，然后為春季，冬季日照時(shí)數(shù)最少;夏季日照時(shí)數(shù)約占全年日照時(shí)數(shù)的38.4%，秋季占26.4%，春季占21.9%，冬季占13.3%。

對(duì)四季逐年日照時(shí)數(shù)變化曲線圖(圖2)進(jìn)行分析，分別計(jì)算各季日照時(shí)數(shù)一元線性變化趨勢(shì)系數(shù)及相關(guān)系數(shù)。由圖2a 中可以看出，近40 a 以來(lái)，黔東南州春季日照時(shí)數(shù)在平均值上下波動(dòng)變化，線性趨勢(shì)變化不明顯，一元線性趨勢(shì)變化曲線，基本與40 a 平均值線重合;1971—1974年日照時(shí)數(shù)多偏高于多年平均值;而1975—1984年，日照時(shí)數(shù)多偏低于多年平均值;之后，日照時(shí)數(shù)在平均值上下波動(dòng)變化。通過(guò)一元線性回歸分析，計(jì)算出春季的日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)系數(shù)為0.86，并未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明春季的線性變化趨勢(shì)不明顯。

夏季(見(jiàn)圖2b)，1972年日照時(shí)數(shù)為逐年中的最高值;其后至1974年急劇下降至逐年次低值，然后開(kāi)始波動(dòng)上升;上升趨勢(shì)至1985年結(jié)束，又開(kāi)始下降。近40 a的總體變化趨勢(shì)為減少，趨勢(shì)系數(shù)為－24.91，相關(guān)系數(shù)通過(guò)顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明夏季的線性減少趨勢(shì)是明顯的。

秋季(見(jiàn)圖2c)，日照時(shí)數(shù)總體呈波動(dòng)下降變化趨勢(shì)，特別是1971—1998年間，日照時(shí)數(shù)在平均值上下波動(dòng)變化，但1999年后，進(jìn)入寡照時(shí)期，12 a 中日照時(shí)數(shù)僅有2 a 高于平均值，且偏高不多。日照時(shí)數(shù)整體呈下降趨勢(shì)變化，趨勢(shì)系數(shù)為－6.67，但未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。

冬季(見(jiàn)圖2d)，日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)與秋季變化趨勢(shì)相似，2000年后進(jìn)入寡照期，11 a 中僅有3 a日照時(shí)數(shù)高于平均水平;線性變化趨勢(shì)為－4.46，也未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。

3.1.3 日照時(shí)數(shù)的年代際變化 表2 是黔東南州1971—2010年不同年代日照時(shí)數(shù)的平均值，由表中可以看出，春季日照時(shí)數(shù)各年代是呈增加趨勢(shì)變化的;夏季日照時(shí)數(shù)20 世紀(jì)70—80年代之間為增加變化，但進(jìn)入90年代，日照時(shí)數(shù)明顯減少，到本世紀(jì)后，日照時(shí)數(shù)仍呈減少趨勢(shì)變化;秋季各年代的日照時(shí)數(shù)是波動(dòng)變化的;而冬季各年代的日照時(shí)數(shù)變化正好與春季相反，均為減少，但減少不明顯。各年代的年日照時(shí)數(shù)變化也呈單調(diào)減少的變化，特別是90年代，較80年代減少較多。

表2 1971—2010年黔東南州不同年代日照時(shí)數(shù)特征統(tǒng)計(jì)

3.1.4 日照時(shí)數(shù)的突變分析 用Mann－Kendall方法檢驗(yàn)黔東南州1971—2010年的全年及四季日照時(shí)數(shù)序列的突變狀況，結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖中可以看出，在年日照時(shí)數(shù)的Mann－Kendall 檢驗(yàn)中，UFk值均＜0，說(shuō)明年日照時(shí)數(shù)是呈減少趨勢(shì)變化的。UFk和UBk曲線的交點(diǎn)較多，但突變點(diǎn)為1992年。

春季、秋季、冬季的UFk線均在α =0.05的臨界值曲線之間，日照時(shí)數(shù)沒(méi)有發(fā)生突變。

夏季的UFk值大多＜0，說(shuō)明夏季日照時(shí)數(shù)也是呈下降趨勢(shì)變化。2001年后，UFk值超出了信度線，說(shuō)明下降趨勢(shì)明顯。UFk和UBk曲線有2 個(gè)交點(diǎn)，分別為1991年和1992年，第1 個(gè)交點(diǎn)相交后，UFk曲線并沒(méi)有超過(guò)α =0.05的信度線，第2 個(gè)交點(diǎn)后，UFk值超出了α =0.05的信度線，所以，確定1992年為黔東南地區(qū)夏季日照時(shí)數(shù)的突變點(diǎn)。

圖2 1971—2010年黔東南州逐年春(a)、夏(b)、秋(c)、冬(d)各季日照時(shí)數(shù)及變化趨勢(shì)圖

圖3 1971—2010年黔東南州日照時(shí)數(shù)Mann－Kendall 統(tǒng)計(jì)量曲線圖

3.2 黔東南州日照時(shí)數(shù)變化與云量變化的相關(guān)分析

影響日照時(shí)數(shù)變化的因子有很多，本文從云量變化的角度，分析其對(duì)黔東南地區(qū)日照時(shí)數(shù)的影響。

圖4 為1971—2010年黔東南州逐年云量及變化趨勢(shì)圖。由圖中可以看出，近40 a 以來(lái)，黔東南州年平均總云量呈波動(dòng)減少趨勢(shì)變化，低云量相反，呈波動(dòng)增加趨勢(shì)變化?？傇屏康木€性趨勢(shì)為－0.84% /10 a，低云量的線性變化趨勢(shì)為1.85% /10 a，均通過(guò)α=0.05 顯著性檢驗(yàn)。

圖5 為1971—2010年黔東南州各季低云量的變化趨勢(shì)圖。由圖中可以看出，近40 a 以來(lái)，黔東南州各季節(jié)的低云量均呈增加變化。其中春季，80年代初期以前，低云量呈減少變化，20 世紀(jì)80年代至90年代末期，低云量為增加變化階段，其后至2007年，云量為減少變化，2007年以后，低云量又開(kāi)始增加。而夏季的低云量在80年代以前為一個(gè)增加變化，1980年后至1985年，日照時(shí)數(shù)減少，其后至20 世紀(jì)末，低云量為一個(gè)持續(xù)的增加變化過(guò)程，進(jìn)入21 世紀(jì)后，夏季的低云量變化較為平緩。秋季的低云量變化波動(dòng)性較大，80年代前，為減少變化，1980—1985年，為增加變化，1985—1992年，低云量又開(kāi)始減少，1992—1997年，低云量為增加變化，1997年后，低云量又開(kāi)始減少，但減少幅度小。冬季的低云量也是呈增加變化。從20 世紀(jì)70年代中期開(kāi)始一直到90年代末期，低云量一直在增加，90年代后至本世紀(jì)初期，低云量有所減少，減幅小。

圖4 1971—2010年黔東南州年平均總云量(a)、低云量(b)及變化趨勢(shì)

圖5 1971—2010年黔東南地區(qū)逐年各季節(jié)低云量的變化趨勢(shì)

表3 1971—2010年黔東南地區(qū)日照時(shí)數(shù)與云量的相關(guān)系數(shù)

表4 1971—2010年黔東南地區(qū)云量趨勢(shì)系數(shù)及顯著性 (單位:% /10 a)

對(duì)黔東南州1971—2010年的全年和四季總云量、低云量的變化趨勢(shì)以及與日照時(shí)數(shù)的變化關(guān)系進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表3 及表4。其中，表3 為云量與日照時(shí)數(shù)的相關(guān)系數(shù)，表4 為云量的變化趨勢(shì)。

由日照時(shí)數(shù)與云量的相關(guān)系數(shù)可見(jiàn)，日照時(shí)數(shù)與云量呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，云量增加，日照時(shí)數(shù)減少。年日照時(shí)數(shù)與平均低云量的相關(guān)性更密切，這是因?yàn)樵茖?duì)太陽(yáng)輻射的反射能力隨云狀和云的厚度而不同，高云反射率約為25%，中云為50%，低云為65%，稀薄的云層也可反射10%～20%。隨著云層增厚反射增強(qiáng)，厚云層反射可達(dá)90%［9］。

在1971—2010年中，全年及各季平均總云量均呈減少趨勢(shì)變化，春季平均總云量的減少趨勢(shì)通過(guò)α=0.01 顯著性檢驗(yàn);而年平均總云量的減少，通過(guò)α=0.01 顯著性檢驗(yàn)。

對(duì)于平均低云量而言，近40 a，平均低云量呈增加趨勢(shì)變化，夏季的增加趨勢(shì)最為顯著，其次為冬季，再次為秋季，而春季的平均低云量變化不明顯。

黔東南州1971—2010年春季總云量減少明顯，而低云量變化不明顯，因此，春季日照時(shí)數(shù)有小的增加趨勢(shì);而夏季總云量變化不明顯，而低云量增加最明顯，且該季日照時(shí)數(shù)與低云的反相關(guān)最大(－0.904)，導(dǎo)致夏季日照時(shí)數(shù)減少最顯著;秋季總云量減少，低云量有所增加，總云量的減少趨勢(shì)較低云量的增加趨勢(shì)小，因而秋季日照時(shí)數(shù)呈減少趨勢(shì)變化;冬季總云量的變化最不明顯，低云量的增加趨勢(shì)在四季中僅次于夏季，但日照時(shí)數(shù)的減少趨勢(shì)在四季中次于夏季和秋季，由此可知，日照時(shí)數(shù)的減少，不僅僅取決于云量的變化，還與其它的一些要素相關(guān)。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)1971—2010年黔東南州日照時(shí)數(shù)的時(shí)空變化特征及與云量變化關(guān)系的分析，得出如下主要結(jié)論:

①黔東南地區(qū)1971—2010年的年日照時(shí)數(shù)呈顯著下降趨勢(shì)變化。春季日照時(shí)數(shù)變化不明顯，夏季顯著減少，秋季和冬季也呈減少趨勢(shì)變化，但變化趨勢(shì)不如夏季明顯。

②從年代際變化來(lái)看，黔東南州自上世紀(jì)70年代以來(lái)，各年代間日照時(shí)數(shù)呈減少變化，其中，變化最劇烈為20 世紀(jì)80年代至90年代;黔東南州年日照時(shí)數(shù)的突變點(diǎn)為1992年。

③黔東南地區(qū)日照時(shí)數(shù)的減少，與低云量的增加有顯著相關(guān)。

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