近59年邯郸市日照时数变化特征分析

2015-04-29杨玲珠张燕宁刘建伟

安徽农业科学 2015年11期

杨玲珠　张燕宁　刘建伟

摘要根据邯郸市气象观测站1955～2013年逐年、逐月的日照时数资料，采用线性倾向估计方法，分析了邯郸市日照时数的年、季变化趋势，并运用Mann-Kendall非参数检验方法对其进行了突变检验。结果表明，近59年邯郸市年日照时数总体呈减少趋势，其气候变化率为-103.68 h/10a；日照时数年际变化幅度较大，峰值点1965年与谷值点1996年相差可达1 096.6 h；日照时数存在明显的季节差异，夏季变化趋势最明显，其次是冬季、秋季，而春季变化趋势不显著；近59年来5月平均日照时数最多，12月最少，各月日照时数减少最明显的是7月，3、4月变化不显著；年日照时数在1982年发生了明显的突变，从气候多日照时段转为少日照时段，秋季突变时间点与年突变相同。

关键词日照时数；变化特征；线性倾向估计方法；Mann-Kendall突变检验

中图分类号 S161.1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2015）11-203-04

日照是重要的气候因子，也是供人类开发利用的可再生能源，更是农作物生长发育不可缺少的条件[1]。日照时数指的是太阳在一地实际照射地面的时数（地面观测地点受到太阳直接辐射辐照度≥120 Win的累计时间），以小时为单位[2]。

近些年来许多专家、学者对日照时数的变化进行了研究[3-8]，如赵东等通过分析1961～2007年我国日照时数的变化指出，近47年来我国日照时数总体呈下降趋势，且具有明显的季节和局地差异，夏季下降最明显，华北平原降幅最大，大气透明度下降和平均风速减小是造成华北平原日照减少的主要原因[8-9]；陈碧辉等分别对当地的日照变化特征和成因做了较为详细的论述，并得出较为一致的结论，即各地日照时数均呈减少的趋势[10-12]。

在全球气候变化大背景下，邯郸市日照时数也发生了相应的变化。笔者在此对邯郸市近59年日照时数变化趋势进行了分析，并采用突变理论对日照时数进行了检验分析，找出了日照时数的变化特征和规律，为农业生产、环境污染治理等提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 资料来源

选取的是邯郸市气象观测站1955～2013年逐年、逐月日照时数资料，由邯郸市气象信息中心提供。

1.2 研究方法

1.2.1 线性倾向估计方法。对样本数量为59的日照时数变量，构造其对应的时间序列，采用y=a+bx的线性倾向估计方法[13]，求出回归系数b和相关系数r，来分析日照时数的变化趋势。回归系数b通常称为倾向值，日照时数是呈上升趋势还是下降趋势取决于b的符号，正代表上升，负代表下降，b值的大小反映了上升或下降的速率，即表示上升或下降的倾向程度。对相关系数进行显著性检验，可以判断变化趋势的程度是否显著。

1.2.2 Mann-Kendall方法。对日照时数的突变检验采用的是Mann-Kendall方法，这是一种非参数统计检验方法[13]，目前比较常用[14-16] ，其优点在于不仅计算简便，且可以明确突变开始时间，并指出突变区域。Mann-Kendall方法通过计算可以得出UF和UB值，若UF或UB的值大于0，则表明序列呈上升趋势，小于0则表明呈下降趋势。当超过临界值时（一般给定显著性水平α=0.05，临界值μ0.05=±1.96），表明上升或下降的趋势显著。超过临界线的范围确定为出现突变的时间区域，如果UF和UB 2条曲线出现交点，且交点在临界线之间，那么交点对应的时间便是突变开始的时间。

2 结果与分析

2.1 日照时数的趋势变化特征分析

2.1.1 年代际变化。

邯郸市日照时数多年平均值为2 398.4 h。除了1964年为负距平外，20世纪50、60、70年代均为正距平，日照时数较多；从80年代中期开始，日照时数呈现明显下降趋势，多为负距平。从日照时数的年际变化振幅（年日照时数最大值和最小值之差）来看，20世纪60、90年代日照时数变化振幅较大，分别是508.7、728.3 h，而70年代、80年代、2001～2010年变化幅度略小，均在500.0 h以下。

2.1.2 年际变化。自邯郸建站以来，1965年日照时数最多，全年为2 913.0 h；1996年最少，为1 816.4 h；日照时数年际变化幅度较大，峰值点1965年与谷值点1996年的全年日照时数相差可达1 096.6 h。

采用线性倾向估计法进行分析（图1），发现

1955～2013年邯郸市日照时数呈减少趋势，变化趋势为-10.368 h/a（表1），

近59年内大约减少了612 h。年日照时数序列的相关系数r为-0.732 8，对年日照时数变化趋势进行显著性t检验发现，取显著性水平α=0.05时，t0远大于tα，说明年日照时数减少趋势是显著的。

2.1.3季变化。邯郸市日照时数在季节上存在差异，从图2可以看出，1955～2013年邯郸市各季节日照时数变化趋势与年日照时数变化趋势相同，均呈减少趋势，但各季节变化情况不尽相同，春季、夏季、秋季、冬季气候倾向率分别为-9.402、-35.811、-27.038、-31.429 h/10a，夏季日照时数减少趋势最明显，冬季、秋季次之，春季变化趋势则不太明显。对邯郸市各季节日照时数的变化趋势进行显著性检验（表1），发现夏、秋、冬三季变化趋势均通过了α=0.01的显著性检验，说明日照时数的减少趋势非常明显，只有春季日照时数的变化趋势没有通过α=0.01甚至是α=0.05的检验，说明春季的减少趋势在统计上是不显著的。

从变化振幅来看，变化最大的是夏季，日照时数最多年和最少年相差415.1 h，秋季次之，春季变化振幅最小，最多年和最少年相差335.3 h。

2.1.4月变化。从近59年邯郸市月平均日照时数来看（图3），1、2月日照时数比较少，3、4月迅速增加，至5月到达峰值（262.9 h）。5月份多晴朗天气，云量较少，因此日照偏多。之后进入夏季，阴雨天气增多，日照时数开始逐步减少，至12月降至谷值（154.5 h）。

从邯郸市各月日照时数的线性趋势变化率及显著性检验情况（表2）可以看出，邯郸市4月日照时数变化趋势不明显，倾向值b为正值，其余各月倾向值均为负值，呈减少趋势，近59年月日照时数减少最多的是7月，其次是6月，减少最少的是3月；显著性检验发现1、2、5、6、7、8、9、10、12月变化趋势通过显著性水平α=0.01的检验，11月变化趋势通过了显著性水平α=0.05的检验，3、4月没有通过显著性检验。

2.2 日照时数的突变分析

2.2.1 年突变。利用Mann-Kendall法对1955～2013年邯郸市年日照时数序列进行突变分析，

由UF曲线（图4）可知，自20世纪80年代以来，邯郸市日照时数有一明显的减少趋势，90年代以后这种减少趋势均大大超过显著性水平0.05的临界线（μ0.05=±1.96），甚至超过了0.001显著性水平（μ0.001=±2.56），表明邯郸日照时数下降趋势是十分显著

的。UF和UB 2条曲线在1982年出现交点，且交点在μ0.05

=±1.96临界线之间，因此可以确定邯郸市日照时数20世纪80年代减少是一突变现象，1982年则是突变的时间点，这与焦建丽等对河南省日照时数突变点的研究结果[17]基本一致。1982年以前日照时数在平均值以上的范围内下降，而1982年以后是在平均值以下的范围内继续下降。

2.2.2 季节突变。

利用Mann-Kendall法对近59年邯郸市的各季日照时数序列进行突变分析，从图5可看出，春夏秋冬四季的情况不尽相同，春季UF和UB曲线大部分时段在显著性水平μ0.05=±1.96临界线之间，表明日照时数减少趋势不显著，夏季在1989年、秋季在1982年、冬季在1979年存在突变现象。

3 结论

（1）自建站以来，邯郸市日照时数年际变化幅度较大，峰值出现在1965年，谷值出现在1996年，峰值与谷值相差可达1 096.6 h。

（2）近59年邯郸市年日照时数总体呈减少趋势，其气候变化率为-103.68 h/10a。

（3）近59年邯郸市日照时数存在明显的季节差异，夏季变化趋势最明显，其次是冬季、秋季，而春季变化趋势不显著，春季、夏季、秋季、冬季气候变化率分别为-9.402、-35.811、-27.038、-31.429 h/10a。

（4）近59年邯郸市5月平均日照时数最多，12月最少；各月日照时数减少最明显的是7月，其次是6月， 3和4月变化不显著。