铜仁市日照时数变化特征及其影响因素分析

2015-08-14茅海祥

安徽农业科学 2015年25期

田海，茅海祥

(贵州省铜仁市气象局，贵州铜仁 554300)

日照时数是表征太阳辐射强弱的重要气象要素，也是表征气候变化的主要气象要素。日照对作物生长发育和产量形成有着重要作用，是影响作物光合作用的主要因子，也是研究区域作物参考蒸发量的主要气象因子。王华等［1］运用气候突变理论对新疆阿克苏市日照时数进行检测分析，结果发现近50年阿克苏市日照时数总体呈增加趋势，期间存在2次突变;石慧兰等［2］分析了鲁西北52年日照时数发现总体呈减少的趋势，并指出日照的减少主要是由于低云量的增加和人类活动特别是工业排放污染物快速增长导致大气气溶胶增多造成的。笔者在此通过对铜仁市近40年日照时数演变规律的分析，对深入研究铜仁市气候变化对农业生产的影响、合理调整农业结构、气候资源的合理开发利用有着重要作用，研究结果也对估算铜仁地区作物耗水量和指导灌溉具有参考价值。

1 资料和方法

选取铜仁市1971～2010年逐月日照时数资料作为基础研究资料，四季划分为春季(3～5月)、夏季(6～8月)、秋季(9～11月)和冬季(12月～次年2月)。首先，利用最小二乘法估算气候要素时间序列的线性倾向率，分析气候要素的变化趋势。利用小波分析的方法对气候要素序列进行周期变化分析。小波分析不仅能反映信号在时频域上的总体特征，还能提供局部变化的信息，既可给出信号变化的时间尺度，也可以显示出信号变化的时间位置，同时还具有对突变点进行诊断的能力，因此广泛应用于气候变化分析与预测［3－5］。在此利用Morlet复值小波分析日照时数的周期变化，再利用累积距平的方法和Pettitt法对气候要素的时间序列进行突变分析与检验。最后利用1971～2010年铜仁市总云量、轻雾日数、年平均风速等参数分析了影响铜仁市日照时数的可能因子。

2 结果与分析

2.1 日照时数变化特征分析

2.1.1 年代际和年际变化。统计铜仁市 1971～1980、1981～1990、1991～2000、2001～2010年4个时段的年和各季平均日照时数，结果发现(表1)，铜仁市多年平均日照时数为1 131.4 h，20世纪70年代平均日照时数明显高于平均值，属于日照偏多期;80和90年代均明显低于平均值，属于日照偏少期;21世纪以来接近平均值。且日照时数年际变化振幅较大，最高值出现在1978年，为1 463.4 h，最低值出现在1989 年，为728.6 h，年日照时数极差达 734.8 h。各季中，春季平均日照时数在21世纪以来偏多，在90年代明显偏少;夏季在20世纪70年代明显偏多，在90年代偏少明显;秋季在70年代属于偏多期，在80年代偏少明显;冬季平均日照时数年代变化幅度不大。

表1 1971～2010年铜仁市各年代的年、季平均日照时数 h

近40年铜仁市年日照时数总体上呈现下降趋势但不明显(未通过α=0.05水平的显著性检验)，其气候倾向率为－22.1 h/10a，近40 年减少了88.4 h;且具有明显的阶段性特征，20世纪70年代和80年代中期有小幅波动，80年代后期～90年代中期逐渐减少趋势，90年代后期呈增加趋势，2000年后变化平缓，在90年代后期存在明显的转折。

2.1.2 年内分布和季节变化。就年内分布来看，铜仁市日照时数逐月变化呈单峰型分布，全年日照最多月份为8月(185.7 h)，其次为7月(181.0 h)，月日照时数最少是1和2月(39.1 h)，日照时数最多月份与最少月份相差了146.6 h。从季节分布来看，夏季日照时数最多(475.2 h)，其次是秋季(284.1 h)，冬季最少(139.8 h)。从各季变化趋势上看，春季日照时数总体呈上升趋势但不明显(未通过α=0.05水平的显著性检验)，夏季、秋冬和冬季日照时数总体均呈下降趋势也不明显，四季日照时数的趋势变化率分别为11.4、－22.6、－3.6、－7.3 h/10a，40 年中日照时数减少最多的是夏季，共减少了90.4 h，减少最少的是秋季，共减少了14.4 h，而春季日照时数40年增加了45.6 h;各季日照时数年际变化中以夏季日照时数变化振幅最大，其日照时数最多年与最少年相差286.6 h。

2.1.3 周期变化。由图1a可见，1971～2010年铜仁市日照时数年距平存在明显的年际变化和年代际变化，存在准2、5～8、10、16～20年的周期变化规律。从较大尺度16～20年分析，日照时数变化呈偏高－偏低－偏高交替振荡，具体表现为1971～1983年偏高、1984～1996年偏低、1997～2010年偏高;在时间尺度10年上，日照时数变化呈偏高－偏低交替的准3次振荡，具体表现为1971～1979年偏高、1980～1984年偏低、1985～1991年偏高、1992～1996年偏低、1997～2003偏高、2004～2010年偏低。在5～8年以下较小尺度上的振荡变化，由于振荡比较频繁，这里不做具体分析。

Morlet小波系数的模值表示能量密度。模值图把各种时间尺度的周期变化在时间域中的分布情况展示出来，小波变换系数的模值越大，表明所反应的时段和尺度的周期性振荡越强。从图1b可以看出，模值最大的是5～8年时间尺度，表明在这一时间尺度下日照时数的周期振荡最强，其次是准2年，2年以下时间尺度的模值最小，表明在2年以下时间尺度日照时数的周期振荡最弱。

2.1.4 突变分析。从1971～2010年年日照时数累积距平曲线(图2)可以看出，近40年铜仁市年日照时数呈波动式变化趋势，20世纪70年代处于增加趋势，1979年达到峰值，1980年开始略有下降，1985年以后有小幅回升，1988年达到第2峰值后持续下降，1997年处于最低值，之后呈上升趋势后变化平缓，2000年以后振幅明显减小。在1979和1997年的前后变化趋势有明显的转折，初步判断在1979年前后和1997年前后日照时数发生了突变。

利用Pettitt法进一步验证转折是否达到突变的标准，从日照时数的突变检测曲线来看，1997年为突变点，且P=0.27＜0.5，说明该突变点在统计意义上是显著的。结合前面累积距平曲线，判断铜仁市日照时数在1997年前后发生了突变。

2.2 日照时数变化原因及影响初步分析日照时数的变化与许多因子有关，云量、轻雾或雾、风速、浮尘等均是影响日照时数变化的重要因子。另外大气透明度对日照时数也有很大影响，大气透明度主要受大气中的水汽含量以及大气气溶胶含量等因子影响。在此选取铜仁市1971～2010年总云量、轻雾日数、年平均风速等参数来分析影响铜仁市日照时数的可能因子。

经分析，近40年来铜仁市总云量呈略减少趋势，40年仅减少了0.22成，并呈波动式变化。当然日照时数不仅与云量有关，还受云高度和云状等影响。总云量的总体变化趋势与日照时数的相关性较强(相关系数为－0.61)，说明总云量变化与日照时数变化呈明显的反相关关系;近40年来铜仁市轻雾日数总体呈明显增加趋势，40年增加了122.8 d，但轻雾日数的变化趋势与日照时数相关性仅为－0.14，说明轻雾日数不是影响日照时数变化的重要因子;近40年平均风速总体呈明显下降趋势，年平均风速的趋势变化与日照时数的相关性达0.23，说明年平均风速对日照时数变化有一定影响。另外，近年来随着铜仁市城市化的进程和工业的发展，城市大气中的气溶胶颗粒物、氮氧化合物、碳氧化合物、碳氢化合物、光化学烟雾等空气污染物明显增多，这些污染物不仅影响大气透明度，且影响水平视程，减小水平能见距离，能吸收和散射太阳辐射，减少到达地面的太阳辐射，造成日照时数减少。

日照时数的变化显然对铜仁农业产生影响。要合理调整农业结构，尤其对种植业来讲，要合理密植，增加群体中光合作用面积，即增加吸收太阳光能的叶面积;大力推行立体种植，培育由株型、叶型造成的多层立体配置，把绿色叶面分成许多层，使进行光合作用的绿色面大大增加;增加农作物生长的日数，高效地利用全年太阳能进行光合生产;改善水、肥、热、气等外界条件，增加光合能力。