何小武 劉金青

摘要 通過(guò)利用1961—2016年黃河源頭瑪多氣象站日照觀測(cè)資料，初步分析得出該地區(qū)日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)、突變特征以及對(duì)未來(lái)變化趨勢(shì)的持續(xù)性。結(jié)果表明，近56年黃河源頭地區(qū)日照時(shí)數(shù)以26.0 h/10年的速率增加，且變化趨勢(shì)顯著，與全國(guó)大部分地區(qū)日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)相反；黃河源頭地區(qū)日照時(shí)數(shù)在四季變化均呈增多趨勢(shì)，春季增幅最大，秋季增幅最??；黃河源頭地區(qū)日照時(shí)數(shù)的月變化呈“三峰三谷”型分布，4月日照時(shí)數(shù)最多，2月日照時(shí)數(shù)最少；運(yùn)用R/S法對(duì)日照時(shí)數(shù)月、季、年序列進(jìn)行變化趨勢(shì)的持續(xù)性分析，各月的持續(xù)性強(qiáng)度不同，四季中冬季的持續(xù)性強(qiáng)度為“很強(qiáng)”，春季、夏季、秋季則為“較強(qiáng)”；年際序列持續(xù)性強(qiáng)度表現(xiàn)“很強(qiáng)”，說(shuō)明黃河源頭地區(qū)日照時(shí)數(shù)變化的上升趨勢(shì)在未來(lái)仍將繼續(xù)保持。

關(guān)鍵詞 黃河源頭；日照時(shí)數(shù)；變化特征；突變檢驗(yàn)；R/S分析法；1961—2016年

中圖分類號(hào) P422.1+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2018）12-0206-03

近年來(lái)，氣候變化已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，人們?cè)谘芯繗夂蜃兓虻耐瑫r(shí)，逐步開展對(duì)氣候資源的利用。日照作為太陽(yáng)活動(dòng)最重要的表現(xiàn)形式，既是氣候變化的主要影響因素，也是氣候資源的重要組成部分[1]。太陽(yáng)能資源的開發(fā)利用具有不污染環(huán)境、清潔可再生的優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)重要的可持續(xù)能源和戰(zhàn)略能源[2]。在氣象領(lǐng)域，常用日照時(shí)數(shù)來(lái)表征太陽(yáng)輻射的強(qiáng)弱。地區(qū)的日照情況一般采用日照時(shí)數(shù)表示，日照時(shí)數(shù)是反映太陽(yáng)輻射時(shí)間長(zhǎng)短的氣候指標(biāo)，代表該地一天日照時(shí)間的長(zhǎng)短。

在過(guò)去的研究中，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)不同尺度區(qū)域的日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)開展了大量研究[3-10]，研究結(jié)果表明，我國(guó)日照時(shí)數(shù)總體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，但是變化具有明顯的區(qū)域性和季節(jié)性差異。此外，不少學(xué)者對(duì)影響日照時(shí)數(shù)的影響因子進(jìn)行了研究分析[11-15]，認(rèn)為日照時(shí)數(shù)與云量、降水量、平均風(fēng)速、水汽壓等均有一定的相關(guān)性，影響日照的因素主要是云量，總云量、低云量與日照存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與日較差、最高溫度有密切的正相關(guān)關(guān)系。

黃河發(fā)源地瑪多縣位于青海省果洛藏族自治州西北部，藏語(yǔ)意思為“黃河源頭”，是黃河上游第1個(gè)縣城，人口稀少，海拔4 000 m以上?，敹嗫h地處三江源國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)核心腹地，是中華民族母親河黃河的發(fā)源地，是青藏高原重要的生態(tài)屏障。在該地區(qū)發(fā)展太陽(yáng)能，可以有效減少大氣污染物的排放，有力地保護(hù)三江源地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。本文通過(guò)對(duì)該地區(qū)日照時(shí)數(shù)進(jìn)行分析研究，找出其變化特征，為當(dāng)?shù)乩锰?yáng)能資源提供科學(xué)的理論支持。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

資料采用青海省信息中心提供的黃河源頭瑪多氣象站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，選取1961—2016年近56年的觀測(cè)資料，研究分析黃河源頭地區(qū)日照時(shí)數(shù)的變化特征。季節(jié)的劃分：3—5月為春季，6—8月為夏季，9—11月為秋季，12月至翌年2月為冬季。

1.2 研究方法

通過(guò)使用線性傾向估計(jì)法、M-K突變檢驗(yàn)法、Pearson相關(guān)性、R/S分析法等[7]，對(duì)黃河源頭地區(qū)年、季、月日照時(shí)數(shù)的變化特征、突變、未來(lái)趨勢(shì)變化[16]進(jìn)行分析，以了解該地區(qū)日照時(shí)數(shù)的變化特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 日照時(shí)數(shù)變化特征

2.1.1 日照時(shí)數(shù)年變化。由圖1可以看到，近56年來(lái)，黃河源頭地區(qū)年日照時(shí)數(shù)變化總體呈上升趨勢(shì)，其趨勢(shì)系數(shù)為26.0 h/10年，即近56年黃河源頭地區(qū)的日照時(shí)數(shù)以26.0 h/10年的速率增加，相關(guān)系數(shù)（R2=0.129 7）通過(guò)了0.01的顯著性檢驗(yàn)，說(shuō)明黃河源頭地區(qū)日照時(shí)數(shù)上升趨勢(shì)顯著。這一變化趨勢(shì)與全國(guó)大部分地區(qū)日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)相反，我國(guó)大部分地區(qū)的日照時(shí)數(shù)總體呈現(xiàn)減少趨勢(shì)[17]。黃河源頭地區(qū)年日照時(shí)數(shù)平均值為2 818.4 h，最大值出現(xiàn)在1997年，為3 094.9 h，偏多8.9%；最小值出現(xiàn)在1961年，僅為2 090.4 h，偏少34.8%。從線性趨勢(shì)來(lái)看，20世紀(jì)60年代至80年代末期為日照時(shí)數(shù)偏少期；90年代以后為該地區(qū)日照時(shí)數(shù)偏多期，尤其是1997年，為近56年來(lái)最多，可能與1997年高原天氣系統(tǒng)、地區(qū)云量偏少有關(guān)。

由圖2可以看出，近56年來(lái)，黃河源頭地區(qū)日照時(shí)數(shù)階段性變化比較明顯，20世紀(jì)60年代至70年代中期，日照時(shí)數(shù)減少較為明顯；70年代中期至80年代初，日照時(shí)數(shù)緩慢增多；從80年代初至1993年，日照時(shí)數(shù)處于波動(dòng)減少期，這種減少并不明顯，而1994—2004年，日照時(shí)數(shù)增加趨勢(shì)明顯；21世紀(jì)00年代中期開始，日照時(shí)數(shù)的變化又處于波動(dòng)減少期。從曲線明顯的上下起伏可大概診斷出，該地區(qū)日照時(shí)數(shù)大致在1976年發(fā)生了突變。

2.1.2 日照時(shí)數(shù)季變化。由圖3可以看出，黃河源頭地區(qū)日照時(shí)數(shù)在四季的變化趨勢(shì)不相同，四季的日照時(shí)數(shù)變化均呈增多趨勢(shì)，變化速率分別為9.7、5.1、1.9、9.3 h/10年，春季增幅最大，其次是冬季，秋季增幅最小。春季和冬季日照時(shí)數(shù)增多趨勢(shì)顯著，均通過(guò)了0.01顯著性檢驗(yàn)，夏季和秋季的日照時(shí)數(shù)增加趨勢(shì)不明顯，未通過(guò)顯著性檢驗(yàn)。黃河源頭地區(qū)春、夏、秋、冬四季的平均日照時(shí)數(shù)分別為753.2、697.7、697.9、669.6 h，占全年的比例分別為26.7%、24.7%、24.8%、23.8%，其中春季對(duì)全年日照時(shí)數(shù)貢獻(xiàn)最大。

2.1.3 日照時(shí)數(shù)月變化。由圖4可以看出，黃河源頭地區(qū)日照時(shí)數(shù)的月變化呈“三峰三谷”型。在一年中，4月日照時(shí)數(shù)最多，為256.8 h；2月日照時(shí)數(shù)最少，為207.7 h；最多月和最少月相差49.1 h。3月、4月、5月（春季）為日照時(shí)數(shù)相對(duì)高值期，2月、6月、9月為相對(duì)低值期。這與劉義花等[18]分析的結(jié)果一致，劉義花等分析認(rèn)為1971—2007年青海省日照時(shí)數(shù)最多的月份為5月，只有果洛地區(qū)的最高日照時(shí)數(shù)出現(xiàn)在4月。

2.2 日照時(shí)數(shù)突變檢驗(yàn)

利用M-K法對(duì)1961—2016年黃河源頭地區(qū)年日照時(shí)數(shù)進(jìn)行突變分析（圖5），結(jié)果表明，20世紀(jì)60年代日照時(shí)數(shù)呈增加趨勢(shì)，之后又呈現(xiàn)減少趨勢(shì)；從70年代中期開始，日照時(shí)數(shù)有一明顯的增加趨勢(shì)；在80年代初超過(guò)顯著性水平0.05（u0.05=1.96）臨界線，而從80年代初至90年代初，UF曲線在0.05臨界線附近上下變動(dòng)；90年代開始，日照時(shí)數(shù)增加趨勢(shì)更加明顯；進(jìn)入21世紀(jì)00年代中期，日照時(shí)數(shù)開始處于減少趨勢(shì)，但這種減少趨勢(shì)均在0.05臨界線以外。UF、UB曲線在1976年相交后，序列穩(wěn)定維持上升趨勢(shì)，并且在1980年之后通過(guò)了0.05臨界線。因此，根據(jù)UF和UB曲線交點(diǎn)的位置，結(jié)合累積距平（圖2），確定黃河源頭地區(qū)的日照時(shí)數(shù)在70年代中后期的增加是一種突變現(xiàn)象，具體是從1976—1977年開始。

2.3 日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)持續(xù)性分析

R/S分析法通常用來(lái)分析時(shí)間序列的分形特征和長(zhǎng)期記憶過(guò)程，近年來(lái)在環(huán)境變化、氣候分析、地理科學(xué)等領(lǐng)域開始廣泛應(yīng)用[19-21]。對(duì)于不同的Hurst指數(shù)（H）（0

運(yùn)用R/S法對(duì)日照時(shí)數(shù)月、季、年序列進(jìn)行變化趨勢(shì)的持續(xù)性分析，得到各月、季、年日照時(shí)數(shù)序列的Hurst指數(shù)。如表2所示，各月日照時(shí)數(shù)序列的Hurst指數(shù)（H）不一致，最大值出現(xiàn)在2月，為0.80，最小值出現(xiàn)在10月，為0.44。其中1—9月的Hurst指數(shù)均>0.5，表明未來(lái)的日照時(shí)數(shù)變化將與過(guò)去的變化趨勢(shì)一致，但各月的持續(xù)性強(qiáng)度不同。依據(jù)Hurst指數(shù)等級(jí)劃分表，1月、2月、5月持續(xù)性強(qiáng)度為“強(qiáng)”，3月、7月、9月為“較強(qiáng)”，4月、6月為“較弱”，8月為“很弱”；10—12月的Hurst指數(shù)均<0.5，表明未來(lái)的日照時(shí)數(shù)變化將與過(guò)去的變化趨勢(shì)相反，但這3個(gè)月的持續(xù)性強(qiáng)度不強(qiáng)，均為“較弱”或者“很弱”。

從四季的Hurst指數(shù)（H）來(lái)看，冬季H最大，為0.83，持續(xù)性強(qiáng)度為“很強(qiáng)”；春季、夏季、秋季則為“較強(qiáng)”。年際序列的Hurst指數(shù)（H）為0.81，持續(xù)性強(qiáng)度表現(xiàn)“很強(qiáng)”，說(shuō)明黃河源頭地區(qū)年日照時(shí)數(shù)變化在未來(lái)仍將繼續(xù)保持很強(qiáng)的上升趨勢(shì)。

3 結(jié)論

（1）1961—2016年黃河源頭地區(qū)日照時(shí)數(shù)以26.0 h/10年的速率增加，通過(guò)了0.01顯著性檢驗(yàn)，但與全國(guó)大部分地區(qū)日照時(shí)數(shù)的變化趨勢(shì)相反。該地區(qū)年日照時(shí)數(shù)平均值為2 818.4 h；最大值出現(xiàn)在1997年，為3 094.9 h，偏多8.9%；最小值出現(xiàn)在1961年，僅為2 090.4 h，偏少34.8%。

（2）黃河源頭地區(qū)日照時(shí)數(shù)四季變化均呈增多趨勢(shì)，春季、夏季、秋季、冬季的變化速率分別為9.7、5.1、1.9、9.3 h/10年，春季增幅最大，秋季增幅最小。春季和冬季日照時(shí)數(shù)增多趨勢(shì)顯著，夏季和秋季增多趨勢(shì)不明顯，其中春季對(duì)全年日照時(shí)數(shù)貢獻(xiàn)最大。

（3）黃河源頭地區(qū)日照時(shí)數(shù)的月變化呈“三峰三谷”型分布，4月日照時(shí)數(shù)最多，2月日照時(shí)數(shù)最少，3—5月（春季）為日照時(shí)數(shù)相對(duì)高值期，2月、6月、9月為相對(duì)低值期。

（4）運(yùn)用R/S法對(duì)日照時(shí)數(shù)月、季、年序列進(jìn)行變化趨勢(shì)的持續(xù)性分析，各月的持續(xù)性強(qiáng)度不同，四季中冬季的持續(xù)性強(qiáng)度為“很強(qiáng)”，春季、夏季、秋季則為“較強(qiáng)”；從年際序列看，Hurst指數(shù)為0.81，持續(xù)性強(qiáng)度為“很強(qiáng)”，說(shuō)明黃河源頭地區(qū)日照時(shí)數(shù)變化在未來(lái)仍將保持上升趨勢(shì)。

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