陳時(shí)東 陳丹彤 李惠清

摘要利用陽(yáng)春國(guó)家氣象觀測(cè)站1981—2015年日照時(shí)數(shù)資料，采用線性?xún)A向估計(jì)、累積距平、M-K突變檢驗(yàn)、滑動(dòng)t檢驗(yàn)、小波分析等方法，分析了近35年陽(yáng)春市日照時(shí)數(shù)的變化特征。結(jié)果表明，近35年陽(yáng)春市年日照時(shí)數(shù)總體呈減少趨勢(shì)，減少幅度為32.7 h/10 a，其中夏、秋、冬季均呈減少趨勢(shì)，而春季日照時(shí)數(shù)則無(wú)明顯變化趨勢(shì)；日照時(shí)數(shù)年變化主要呈一峰一谷型，峰值出現(xiàn)在夏季，谷值出現(xiàn)在春季；年日照時(shí)數(shù)在時(shí)間序列上存在明顯的突變，突變現(xiàn)象主要發(fā)生在2004年；近35年日照時(shí)數(shù)變化主要存在16.0、4.0、2.5年的準(zhǔn)周期振蕩。

關(guān)鍵詞日照時(shí)數(shù)；變化特征；陽(yáng)春市

中圖分類(lèi)號(hào)S161.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）16-0170-03

Change Characteristics of Sunshine Hours in Yangchun City from 1981 to 2015

CHEN Shidong，CHEN Dantong，LI Huiqing

（Yangchun City Meteorological Bureau，Yangchun，Guangdong 529600）

AbstractUsing the data of sunshine hours in Yangchun national meteorological observatory from 1981 to 2015，the change characteristics of sunshine hours in Yangchun City in recent 35 years were analyzed by linear inclination estimation， cumulative anomaly， MK mutation test， sliding t test and wavelet analysis.The results showed that the annual sunshine hours in Yangchun City showed a decreasing trend of about 32.7 h/10 a in the last 35 years， and the summer， autumn and winter showed a decreasing trend， while the sunshine hours in spring was no significant change trend.The annual variation of sunshine hours was mainly peakvalley type，the peak appeared in the summer， the valley appeared in the spring.There were obvious mutations in the time series of the sunshine hours， and the mutation occurred mainly in 2004.The change of sunshine hours in the past 35 years was mainly 16.0， 4.0 and 2.5 years of quasiperiodic oscillation.

Key wordsSunshine hours；Change characteristics；Yangchun city

作者簡(jiǎn)介陳時(shí)東（1988—），男，廣西梧州人，助理工程師，從事縣級(jí)綜合氣象業(yè)務(wù)工作。

收稿日期2017-04-14

太陽(yáng)輻射是農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育不可缺少的條件，也是可供人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用的可再生資源，其變化對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)生活有重要影響。而日照是太陽(yáng)輻射最直觀的表現(xiàn)，研究了解日照時(shí)數(shù)的變化規(guī)律，對(duì)于指導(dǎo)合理布局農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)、客觀評(píng)價(jià)氣候資源狀況等均具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-5]。近年來(lái)，不少學(xué)者對(duì)不同地區(qū)日照時(shí)數(shù)的變化特征進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，我國(guó)絕大部分地區(qū)日照時(shí)數(shù)總量呈減少的趨勢(shì)[6-10]，且廣東地區(qū)年日照時(shí)數(shù)整體上呈自南向北減少的分布特點(diǎn)[11-12]。陽(yáng)春市位于廣東省西南部，屬亞熱帶氣候，以山地和丘陵為主，全市形成了優(yōu)質(zhì)稻、馬水桔、春砂仁、蔬菜、花卉苗木、水產(chǎn)養(yǎng)殖等特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。

筆者利用1981—2015年陽(yáng)春國(guó)家氣象觀測(cè)站日照時(shí)數(shù)資料，采用線性?xún)A向估計(jì)、累積距平、M-K突變檢驗(yàn)、滑動(dòng)t檢驗(yàn)、小波分析等方法，對(duì)近35年陽(yáng)春市日照時(shí)數(shù)的變化特征進(jìn)行分析，旨在為指導(dǎo)該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與太陽(yáng)能資源合理利用提供依據(jù)。

1資料與方法

1.1資料來(lái)源

所用資料為1981—2015年陽(yáng)春市國(guó)家氣象觀測(cè)站的逐月日照時(shí)數(shù)。季節(jié)劃分為春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月—次年2月）。

1.2分析方法

1.2.1線性?xún)A向估計(jì)方法。

用xi表示序列長(zhǎng)度為n的某一氣候變量，用ti表示xi所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，建立xi與ti之間的一元線性回歸方程：

xi=a+bti （=1，2，…，n）

式中，a為方程的截距，b為斜率，b×10稱(chēng)為氣候傾向率。求出相關(guān)系數(shù)并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，用于判斷變化趨勢(shì)的程度是否顯著[13]。

1.2.2累積距平。

對(duì)于序列x，其某一時(shí)刻t的累積距平表示為：

xi=ti=1（xi-）

式中，為整個(gè)序列平均值；t≤n，n為序列長(zhǎng)度。累積距平曲線呈上升趨勢(shì)，表示有正距平值；呈下降趨勢(shì)，則表示有負(fù)距平值。從曲線明顯的上下起伏還可以診斷出發(fā)生突變的大致時(shí)間[13]。

1.2.3Mann-Kendall突變檢驗(yàn)。

M-K突變檢驗(yàn)為非參數(shù)檢驗(yàn)方法，其優(yōu)點(diǎn)是不需要樣本遵從一定的分布，也不受少數(shù)異常值的干擾，能客觀地表征樣本序列的整體變化趨勢(shì)。采用其對(duì)要素進(jìn)行突變分析時(shí)，給定顯著水平α=0.05，確定臨界值U0.05=±1.96，計(jì)算并繪出UF和UB曲線。若UF>0，表明序列呈上升趨勢(shì)；UF<0則表明序列呈下降趨勢(shì)。若UF和UB 2條曲線出現(xiàn)交點(diǎn)，且交點(diǎn)在臨界線之間，那么交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻可能是突變開(kāi)始的時(shí)間。為了進(jìn)一步驗(yàn)證突變點(diǎn)的真?zhèn)?，同時(shí)利用滑動(dòng)t檢驗(yàn)法對(duì)其進(jìn)行信度檢驗(yàn)[13]。

1.2.4小波功率譜分析。

Morlet小波分析具有時(shí)-頻多分辨功能，它能較清晰地揭示出隱藏在時(shí)間序列中的多種變化周期。利用小波能量譜圖，分析要素不同周期的振蕩能量；而小波方差圖則反映要素時(shí)間序列的波動(dòng)能量隨時(shí)間尺度的分布情況，可用來(lái)確定要素變化過(guò)程中存在的主周期[13]。

2結(jié)果與分析

2.1日照時(shí)數(shù)年變化特征

從圖1a可看出，1981—2015年陽(yáng)春市年平均日照時(shí)數(shù)為1 697.7 h，最高值出現(xiàn)在1999年，為1 967.9 h；最低值出現(xiàn)在2010年，為1 439.5 h。近35年陽(yáng)春市年日照時(shí)數(shù)總體呈減少趨勢(shì)，減小幅度為32.7 h/10 a，未通過(guò)α=0.10的顯著性檢驗(yàn)。由逐年累積距平變化曲線（圖1b）可知，1995、2004年為主要轉(zhuǎn)折年，1995—2004年日照時(shí)數(shù)基本高于35年平均水平，2004年之后則基本低于35年平均水平。

2.2日照時(shí)數(shù)季變化特征

從圖2可看出，1981—2015年陽(yáng)春市季日照時(shí)數(shù)以夏季最多（546.1 h），春季最少（282.9 h），秋季和冬季居中（分別為531.3和337.3 h）。近35年春季日照時(shí)數(shù)呈增加趨勢(shì)，但氣候傾向率僅為0.8 h/10 a，而夏、秋、冬季的日照時(shí)數(shù)均呈減小趨勢(shì)，氣候傾向率分別為-11.1、-13.4、-9.0 h/10 a，但均沒(méi)有通過(guò)α=0.10的顯著性檢驗(yàn)，表明各季節(jié)日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)不明顯。從各季節(jié)日照時(shí)數(shù)變化可知，年日照時(shí)數(shù)的減少主要發(fā)生在夏、秋、冬季。從各季節(jié)日照時(shí)數(shù)距平值可知，1994—2004年春季日照時(shí)數(shù)幾乎均屬于偏高狀態(tài)，其余年份多為偏低狀態(tài)，在1984、1992年顯著偏低；夏季日照時(shí)數(shù)在2001—2013年總體為偏低，1994、2005、2006、2008、2010年顯著偏低；秋季日照時(shí)數(shù)在1981、1987、2002、2015年顯著偏低，且近10年幾乎均處于偏低狀態(tài)，其余年份多為偏高狀態(tài)；冬季日照時(shí)數(shù)大致以2～3年為周期呈交替變化的特點(diǎn)較明顯，在2005、2012年顯著偏低。

2.3日照時(shí)數(shù)月變化特征

由圖3可知，近35年陽(yáng)春市日照時(shí)數(shù)逐月分布主要呈一峰一谷型，峰值出現(xiàn)在7月，為204.2 h，谷值出現(xiàn)在3月，僅為60.8 h。陽(yáng)春市月平均日照時(shí)數(shù)為141.5 h，1—5月各月日照時(shí)數(shù)均低于月平均水平，其總?cè)照諘r(shí)數(shù)不到年總?cè)照諘r(shí)數(shù)的30%，而6—12月各月日照時(shí)數(shù)則高于月平均水平，超過(guò)年總?cè)照諘r(shí)數(shù)的70%。

2.4日照時(shí)數(shù)的突變分析

由圖4可知，近35年陽(yáng)春市日照時(shí)數(shù)1985、1990、2004、2005和2014年附近可能發(fā)生突變，而UF線和UB線均在信度線內(nèi)，說(shuō)明1981—2015年陽(yáng)春市逐年日照時(shí)數(shù)增加或減少的幅度較小。采用滑動(dòng)t檢驗(yàn)法（MTT法）對(duì)其突變結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，因2014年位于時(shí)間序列倒數(shù)第2年，無(wú)法進(jìn)行MTT檢驗(yàn)，難以判斷其是否為突變年，故不認(rèn)為2014年是突變點(diǎn)。由表1可知，當(dāng)滑動(dòng)步長(zhǎng)（n）為5時(shí)，2004年的突變點(diǎn)通過(guò)了α=0.10的顯著性檢驗(yàn)；n=6、7時(shí)，其通過(guò)了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)；其余可能突變點(diǎn)均沒(méi)有通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。因此，可以判定近35年來(lái)陽(yáng)春市年日照時(shí)數(shù)在2004年發(fā)生了突變。

2.5日照時(shí)數(shù)的周期分析

為了解1981—2015年陽(yáng)春市逐年日照時(shí)數(shù)變化的主要周期和強(qiáng)度變化，對(duì)其進(jìn)行小波功率譜分析，得到其小波能量譜（圖 5a）和小波方差圖（圖 5b）。由圖5a可知，3—6年時(shí)間尺度的能量最強(qiáng)、周期最顯著，但其變化周期具有局部性（1996—2007年）；而16～22年時(shí)間尺度的能量也較強(qiáng)，且占據(jù)整個(gè)研究時(shí)域（1981—2015年）。由圖 5b可知，小波方差估計(jì)值的最大峰值對(duì)應(yīng)16年的周期，次峰值對(duì)應(yīng)4年的周期，且16年周期通過(guò)了α=0.10的紅噪聲檢驗(yàn)，周期振蕩顯著，此外還存在較明顯的準(zhǔn)2.5年的周期。綜上所述，近35年陽(yáng)春市年日照時(shí)數(shù)變化主要存在16.0、4.0、2.5年的準(zhǔn)周期振蕩。

3結(jié)論

（1）近35年來(lái)陽(yáng)春市年日照時(shí)數(shù)總體呈減少趨勢(shì)，減少幅度約為32.7 h/10 a，其中夏、秋、冬季均呈減少趨勢(shì)，減少幅度分別為11.1、13.4、9.0 h/10 a，而春季日照時(shí)數(shù)則無(wú)明顯變化趨勢(shì)。日照時(shí)數(shù)年變化主要呈一峰一谷型，峰值出現(xiàn)在夏季，谷值出現(xiàn)在春季。

（2）近35年來(lái)陽(yáng)春市年日照時(shí)數(shù)在時(shí)間序列上存在明顯突變，突變現(xiàn)象主要發(fā)生在2004年。

（3）近35年來(lái)陽(yáng)春市日照時(shí)數(shù)變化主要存在16.0、4.0、2.5年的準(zhǔn)周期振蕩。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐國(guó)平，李秀彬.氣候變化對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響[J].地理學(xué)報(bào)，2000，55（2）：129-137.

[2] 杜紅，杜峰.石河子墾區(qū)日照時(shí)數(shù)變化及對(duì)農(nóng)作物的影響[J].沙漠與綠洲氣象，2011，5（1）：49-52.

[3] 徐婷，安娟，王鵬.近55年遼陽(yáng)市日照時(shí)數(shù)變化及對(duì)農(nóng)業(yè)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（20）：12350-12352.

[4] 關(guān)磊，邱繼玲，尚新梅，等.日照時(shí)數(shù)變化特征及其對(duì)農(nóng)業(yè)的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)信息，2015（9）：90.

[5] 曹?，B，曹海鑫，田奉俊，等.日照時(shí)數(shù)與水稻產(chǎn)量性狀的相關(guān)分析[J].安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2012，18（19）：48-49.

[6] 李慧群，付遵濤，聞新宇，等.中國(guó)地區(qū)日照時(shí)數(shù)近50年來(lái)的變化特征[J].氣候與環(huán)境研究，2013，18（2）：203-209.

[7] 葉瑜，蘇永秀，李政，等.近50年廣西日照時(shí)數(shù)時(shí)空變化特征分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013（14）：196-201.

[8]

彭云峰，王瓊.近50年福建省日照時(shí)數(shù)的變化特征及其影響因素[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)氣象，2011（3）：350-355.

[9] 丁麗佳，鄭有飛，王春林，等.粵東地區(qū)近52年日照時(shí)數(shù)的氣候變化特征分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2011，27（1）：175-181.

[10] 陳潔雯，郭圳勉，許沛林.佛岡縣1957～2011年日照變化特征[J].廣東氣象，2012，34（5）：19-21.

[11] 伍紅雨，杜堯東，潘蔚娟.近48年華南日照時(shí)數(shù)的變化特征[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，50（6）：120-124，129.

[12] 林良勛，馮業(yè)榮，黃忠，等.廣東預(yù)報(bào)員技術(shù)手冊(cè)[M].北京：氣象出版社，2006.

[13] 魏鳳英.現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測(cè)技術(shù)[M].北京：氣象出版社，2007.