林修棟等

摘要利用石島氣象站1981～2010年逐月日照時數(shù)資料，采用常規(guī)統(tǒng)計方法和小波變換分析了日照的分布情況和變化規(guī)律。結(jié)果表明，石島日照時數(shù)存在多時間尺度的周期變化特征，在年代際變化中存在3和18年時間尺度；春季在1997年前存在16～18 、5～7年的變化，之后存在4～5年的變化；夏季整體存在8～11年的周期變化，在1987年前為5～7年，1988～2003年為8～10年，2003年之后存在一個6年左右的周期；秋季在1986年以前存在6～7年的周期，之后周期基本在2～3年；冬季存在14～16年和5～7年周期變化。石島日照時數(shù)下降的趨勢十分明顯，特別是近10年；未來短期內(nèi)將處于日照時數(shù)偏少期。

關(guān)鍵詞日照時數(shù)；分布情況；變化規(guī)律；小波分析；周期變化

中圖分類號S161.1文獻標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2015）24-177-02

日照表示一個地區(qū)接受太陽光照射的情況，是地區(qū)氣候形成的重要要素[1]。日照時數(shù)是決定一個地區(qū)氣候特征的重要氣象因子，而目前針對石島氣候資料的研究較少。因此研究日照的時間分布規(guī)律，對了解當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣骶哂兄匾囊饬x。筆者利用石島氣象站1981～2010年逐月日照時數(shù)資料，采用常規(guī)統(tǒng)計和小波變換等方法，對石島近30年日照時數(shù)的變化規(guī)律和特征進行分析。

1資料和方法

1.1資料來源

測定日照時數(shù)的儀器有暗筒式（又名喬唐式）日照計和聚焦式（又名康培司托克式）日照計。在此測定日照時數(shù)儀器為暗筒式，資料時間為1981～2010年，四季為春季（3～5月）、夏季（6～8月）、秋季（9～11月）和冬季（12月～次年2月），其中月、季度資料均來源于石島國家氣象觀測站實地測量的日資料加權(quán)獲得。

1.2分析方法

小波分析是當(dāng)前應(yīng)用數(shù)學(xué)和工程學(xué)科中一個迅速發(fā)展的新領(lǐng)域，聯(lián)系了應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)、計算機科學(xué)、信號與信息處理、圖像處理、地震勘探等多個學(xué)科。它不僅能反映信號在時頻域上的總體特征，還能提供局部化的信息，既可給出信號變化的時間尺度，也可以顯示出信號變化的時間位置，還具有對突變點的診斷能力。小波分析能將氣象時間序列曲線分解成交織在一起的多尺度成分，并對不同

尺度成分采用相應(yīng)粗細(xì)的時域取樣步長，從而能不斷聚焦

到曲線的任意細(xì)節(jié)[2-3]。由于上述特點，小波分析已在信號

分析、語音合成、圖像識別、計算機視覺、數(shù)據(jù)壓縮、地震勘探、大氣與海洋波分析等方面均取得了有科學(xué)意義和應(yīng)用價值的研究成果，在氣候變化分析和氣候預(yù)測方面也有許多成功的例子。

根據(jù)魏鳳英研究[4]，可對小波進行放大分析，找出局部結(jié)構(gòu)特征和突變信號，從平面圖上可以判斷序列存在的顯著周期，并可以利用小波方差診斷出某一周期的最強振動。

2結(jié)果與分析

2.1日照時數(shù)年際變化特征

石島年總?cè)照諘r數(shù)平均為2 510.7 h，月平均日照時數(shù)209.2 h，日平均日照時數(shù)為6.9 h。從近30年年均日照時數(shù)年際變化（圖1a）可以看出，在1997年出現(xiàn)了近30年的最大值，隨后在1998年出現(xiàn)了低值，但在1999～2000年又出現(xiàn)了較高值，與此相對應(yīng)的是山東半島的20世紀(jì)末大旱。20世紀(jì)80～90年代年均日照時數(shù)呈上升趨勢，而進入21世紀(jì)年均日照時數(shù)下降明顯，其幅度超過了20世紀(jì)后20年的上升值，其中2008年為近30年年均日照時數(shù)的最小值。近30年石島年日照時數(shù)呈下降趨勢，氣候傾向率為-14.1 h/10a。

從近30年年均日照時數(shù)的小波分析（圖1b）可以看出，

在年際時間變化尺度上，年日照時數(shù)偏多、偏少期交替出現(xiàn)，前期存在比較明顯的3年左右的時間尺度周期，后期存在明顯的18年左右的時間尺度周期，序列的突變點在出現(xiàn)1998年；2010年的等值線未閉合，說明未來仍將處于日照偏少期。

2.2日照時數(shù)月變化特征

從近30年石島各月日照時數(shù)平均值分布趨勢（圖2）可以看出，石島日照時數(shù)變化年內(nèi)為雙峰型，最大值出現(xiàn)在5月，次大值出現(xiàn)4和10月，最小值在7月，這主要是在進入5月份后處于當(dāng)?shù)氐难雌冢?～9月），陰雨天氣增多，直到7月份達(dá)到最低，然后隨著時間推移，日照時數(shù)增多，進入冬季，受太陽入射緯度角影響，12月～次年2月為全年最低區(qū)間，進入春季后，又逐漸增多，直到5月份到達(dá)最高。

2.3日照時數(shù)季節(jié)變化特征

由圖3可見，近30年石島春、夏、秋、冬四季日照時數(shù)的氣候傾向率分別為11.2、-289、-28.3、7.6 h/10a，可見春季和冬季的日照時數(shù)均呈增多趨勢，夏季和秋季的日照時數(shù)呈減少趨勢，春季較冬季增加的明顯，夏季較秋季減少的明顯。

2.3.1春季。

5年滑動平均線表明，近30年石島春季日照

時數(shù)呈總體增多、階段性變化，基本為1981～1991年總體偏

少、1992～2002年總體偏多、2003～2010年總體偏少的少-多-少趨勢；10年滑動平均線表明，1994年以后春季日照時數(shù)進入增多趨勢。從春季日照時數(shù)距平的小波變換圖（圖4a）可以看出，春季30年時間尺度的偏多、偏少日照時數(shù)年交替出現(xiàn)，在16～18年時間尺度上，其周期變換呈少-多-少-多-少趨勢，在1997年之前5～7年時間尺度存在正負(fù)閉合中心交替出現(xiàn)的特征，對應(yīng)的2個偏少日照時數(shù)階段為1981～1985和1989～1990年，偏多日照日數(shù)階段為1986～1988和1991～1997年，其突變點在1994年；1997年之后表現(xiàn)為4～5年時間尺度左右的周期。2010年后等值線基本閉合，表明春季日照時數(shù)將逐漸進入近期偏少、總體偏多期。

2.3.2夏季。

5年滑動平均線表明，近30年石島夏季日照時數(shù)呈基本震蕩減少的趨勢，在1998年后有所增加，但進入2004年又開始減少；10年滑動平均線表明，2007年之后夏季日照時數(shù)明顯減少。

夏季日照時數(shù)距平的小波變換（圖4b）顯示，在8～11年時間尺度上，1998年以前總體偏少明顯；1987年以前存在5～7年的周期，之后有所上移，之后的周期基本為8～10年，對應(yīng)的日照時數(shù)階段為1983年以前偏多、1984～1987年偏少、1988～1992年偏多、1993～1996年偏少、1997～2002年明顯偏多、2003～2005年偏少，且2003年之后存在一個6年左右的周期，突變點在2004年。進入2010年后等值線尚未閉合，表明夏季日照時數(shù)將逐漸進入近期偏少、總體偏少期。

2.3.3秋季。

5年滑動平均線表明，近30年石島秋季日照時數(shù)呈基本震蕩減少的趨勢。秋季與夏季的日照時數(shù)走勢比較接近。秋季日照時數(shù)在1997年后有所增加，進入2003年又開始減少。10年滑動平均線表明，2006年之后秋季日照時數(shù)明顯減少。

從秋季日照時數(shù)距平的小波變換圖（圖4c）可以看出，在1986年以前存在6～7年的周期，之后周期基本在2～3年，對應(yīng)的日照時數(shù)階段為1983年以前偏多、

1984～1987年偏少、1988～1998年偏多偏少年交替出現(xiàn)但總體偏少，1999～2002年偏多較明顯，進入2003年后偏少明顯，直至2010年等值線仍未閉合，表明秋季日照時數(shù)將逐漸進入近期明顯偏少、總體偏少期。

2.3.4冬季。

5年滑動平均線表明，近30年石島冬季日照時數(shù)在1995年后有增加趨勢，到2004年開始減少。10年滑動平均線與5年滑動平均線接近。

由冬季日照時數(shù)距平的小波變換圖（圖4d）可見，在14～16年尺度基本為少-多-少的趨勢，對應(yīng)的日照時數(shù)階段為1981～1994年偏少；1995～2004年顯著偏多、2004～2010年偏少；在5～7年時間尺度存在著少-多-少-多-少-多-少的趨勢，分別對應(yīng)著1981～1982、1983、1984～1985、1986、1987～1994、1995～2004和2005～2010年。2010年的曲線在下方閉合，表明在14～16年上冬季日照時數(shù)仍處于近期偏少、總體偏多期，在5～7年上冬季日照時數(shù)將逐漸進入近期偏多、總體偏多期。

3結(jié)論

（1）1981～2010年石島日照時數(shù)年際變化較大，20世紀(jì)80～90年代年均日照時數(shù)呈上升趨勢，而進入21世紀(jì)年均日照時數(shù)下降明顯，其幅度超過了20世紀(jì)后20年的上升值；近30年石島年日照時數(shù)總體呈下降趨勢，其氣候傾向率為-14.1 h/10a；未來一段時間日照時數(shù)仍處于偏少期。

（2）石島日照時數(shù)年內(nèi)變化為雙峰型，最大值出現(xiàn)在5月，次大值出現(xiàn)4和10月，最小值在7月。

（3）石島日照時數(shù)季節(jié)呈階段性變化，春季在1997年前存在16～18 、5～7年的變化，之后存在4～5年的變化；夏季整體存在8～11年的周期變化，在1987年前為5～7年，1988～2003年為8～10年，2003年之后存在一個6年左右的周期；秋季在1986年以前存在6～7年的周期，之后周期基本在2～3年；冬季存在14～16和5～7年周期變化。

參考文獻

[1] 陸忠艷，周軍，邱新法，等.可照時間受地形的影響及其精細(xì)的空間分布[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報，2005（1）：64-71.

[2] 孫延奎.小波分析及其應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[3] 秦前清，宗凱.實用小波分析[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1994.

[4] 魏鳳英.氣候統(tǒng)計診斷與預(yù)測方法研究進展[J].應(yīng)用氣象學(xué)報，2006，17（6）：736-742.