莱阳近50a日照时数变化特征及气象影响因子分析

吴霭霞，孙作启，陈立春

（莱阳市气象局，山东 莱阳 265200）



莱阳近50a日照时数变化特征及气象影响因子分析

吴霭霞，孙作启，陈立春

（莱阳市气象局，山东 莱阳 265200）

摘要：利用莱阳国家气象观测站1961—2013年日照时数资料，采用最小二乘法、累积距平、滑动t检验等方法统计分析了莱阳年、季、月日照时数变化特征，揭示其主要变化规律，找出其气象影响因子。结果表明：近50a，莱阳市年日照时数呈减少趋势，以6.01h／a的速率递减。日照时数年际变化幅度较大，峰值点（1979年）与谷点（2006年）两者相差达739.8 h；20世纪80年代、90年代日照时数变化剧烈，振幅分别达531.0 h和507.4 h；日照时数的年际变化存在季节性差异，夏季变化最大，春季最小，各季变化趋势与年日照时数变化趋势相同，其中，夏季、冬季变化较为明显，秋季、春季变化比较缓和；除4月略有增加外，莱阳各月日照时数均呈减少趋势，其中6月减少最为明显，近50a共减少了60.9h；年日照时数在1983年附近发生突变，突变前后年平均日照时数相差184.4h。日照百分率与总云量、相对湿度呈反相关，其相关性分别通过了水平为0.001和0.01的显著性检验；年最大风速逐年减小和水汽压的逐年增加，都不同程度地降低了大气透明度，成为影响太阳能资源的重要因素。

关键词：日照时数；趋势；突变；影响因子

引言

2007年IPCC第四次评估报告对2005年之前的全世界气候变化相关研究成果进行了总结和评估[1-2]，认为在过去100a（1906—2005年）间，全球平均地表气温升高了0.74℃；大陆地区尤其是中高纬度地区降水增加，非洲等地区降水减少；极端天气气候事件（厄尔尼诺、干旱、强降水、雷暴、台风、热浪、高温天气等）的出现频率与强度增加。预计21世纪末全球平均地表气温可能比1980—1999年升高1.1～6.4℃；21世纪高温、热浪及强降水频率将增加，热带风暴强度将增强；21世纪末海平面可能升高18～ 59cm。研究表明，全球气候变暖可能给脆弱的自然生态系统和敏感的经济系统带来巨大影响，因此，气候变化越来越受到广泛关注[3-9]。

气候在持续演变过程中存在突变。大多数气候突变方面的研究多侧重于气温和降水，而对于日照时数的突变检测研究较少。日照是重要的气候因子，也是供人类开发利用的最直接有效的能源，与农业生产和人类的生产活动密切相关。在全球气候变暖的大背景下，莱阳日照时数也发生了相应的变化，对莱阳的工农业生产产生了影响，因而有必要了解日照的气候特征、变化趋势及影响原因。因此，利用莱阳国家气象观测站1961—2013年日照时数资料，采用统计分析方法和突变理论[10-11]，对该地区的日照时数变化规律进行研究，通过相关分析探讨日照百分率与总云量、相对湿度和大雾日数的关系，以及风速、水汽压变化对日照时数产生的影响，以期为莱阳农业结构调整、合理布局农业生产及太阳能的开发利用提供依据。

1 资料与方法

选用莱阳国家气象观测站1961—2013年月日照时数资料，多年平均值采用1961—2013年的平均值，季节划分：春季（3—5月）、夏季（6—8月）、秋季（9—11月）、冬季（12月—次年2月）。

采用线性统计方法估算莱阳地区日照时数的气候变化趋势[8]，趋势变化用一次线性回归方程表示：y=at+b，式中t为年份，a为气候倾向率，称为该要素趋势变化率，用最小二乘法可以求得。主要用于定量描述气候序列的趋势变化特征，正为上升，负为下降，并进行变化趋势显著性检验。

累积距平法是一种较常用的判断序列变化趋势的方法，通过累积距平法绘制累积距平曲线，根据曲线的变化趋势分析气象要素的具体变化过程、判断气象要素的阶段性变化，并诊断出发生突变的大致时间；对于序列X，某一时刻t的累积距平表示为：

2 结果与分析

2.1 日照时数的趋势变化特征

2.1.1 日照时数年际及年代际变化

莱阳近50a日照时数呈减少趋势（图1），其气候倾向率为-6.01h/a，相关系数r=0.55569通过了水平为0.01的显著性检验，即近50a内约减少了318.5h，减少趋势明显，并呈现出阶段性变化。莱阳多年平均日照时数为2573.8 h，其年际变化振幅较大，最高值出现在1979年，为2901.2h，最低值出现在2006年，为2161.4h（同年7月的阴雨天气使月日照时数创历史极值），年日照时数极差达739.8h。从年代变化来看，20世纪60年代年平均日照时数最多（2686.8h），70年代次之（2637.2h），80年代接近常年平均值，90年代有小幅回升（2614.7h），而21世纪头10年日照时数锐减为2406.9h，比60年代减少了279.9h。从年代内变化幅度来看，80年代、90年代日照时数变化剧烈，振幅分别达531.0h 和507.4h。

图1　莱阳1961—2013年日照时数逐年及年代变化趋势

2.1.2 季日照时数变化

莱阳1961—2013年日照时数的年际变化存在季节性差异（图2），春、夏、秋、冬变化表现为：夏季变化最大，春季最小，其多年平均日照时数分别为737.6h，654.3h，628.7h，549.3h。其各季日照时数均呈减少趋势，与日照时数年变化相似，但各季的减少趋势存在显著差异， 夏季、冬季明显大于秋季、春季，夏季、冬季的气候倾向率分别达-2.28h/a和-1.73h/a，而秋季、春季仅为-1.00h/a和-0.74h/a。夏季日照时数年际变化最大（326.7h），冬季和春季次之（241.8h和237.5h），而秋季最小（219.0h）。

图2　莱阳1961—2013年春（a）、夏（b）、秋（c）、冬（d）季日照时数变化趋势

2.1.3 日照时数月变化

莱阳市1961—2013年逐月日照时数变化呈双峰型（图3），5月日照时数最多，6月次之；12月最少，11月次之。除1月、4月外，莱阳各月的日照时数变化趋势均呈不同速率的减少趋势（表1），其中，6月减少最为明显，近50a共减少了60.9h，7月次之；而1月、4月日照时数略有增加。

图3　莱阳1961—2013年日照时数逐月变化趋势

表1　莱阳1961—2013年逐月日照时数倾向率 h/a

2.2 日照时数的突变检测分析

从莱阳年日照时数累积距平变化趋势来看（图4），1983年之前为日照偏多期，之后日照时数整体呈偏少趋势，但是在1991—1998年又有小幅回升。总体来说莱阳年日照时数在1983年以后逐渐减少，1983年以后年日照时数平均值比1983年之前的年日照时数平均值减少了184.4 h，分析认为在此附近可能发生了突变，即气候从多日照时段转为少日照时段。下面运用滑动t检验方法对其做进一步分析。

图4　莱阳1961—2013年逐年日照时数累积距平曲线

滑动t检验方法是近年检测数据系列突变的常用方法，采用此方法对莱阳市1961—2013年日照时数序列计算滑动t 统计值，并作显著性检验。检测结果显示：年日照时数在1984年的t =8.0721，超过0.005的显著性水平，这表明莱阳年日照时数在1983年附近出现过一次显著突变。这与图4的莱阳年日照时数累积距平曲线变化趋势相吻合。

结合日照时数年际变化曲线（图1）也可以看出，突变前的22年中有1964年、1973年、1975年和1976年共4年（4 ⁄ 22）的年日照时数在平均值以下，而突变后30年中则有1991年、1992年、1994年、1995年、1996年、1997年、1999年和2009年共8年（8 ⁄ 30）的年日照时数在平均值以上，且主要集中在90年代，这与其年代变化相吻合（图1）。这进一步说明在全球气候变暖的大背景下，日照时数在逐年减少的趋势中，仍有一些年份出现增加的情况，而且出现频率在加大。

2.3 日照时数的气候影响因子分析

由于日照百分率和日照时数的年际变化趋势一致。为了研究日照与气象影响因子的关系，选取了莱阳站同期总云量、相对湿度和大雾日数等因子，研究其与日照百分率的关系。也从大风、水汽压的变化趋势分析对日照时数的影响。

2.3.1 日照百分率与相对湿度和水汽压

相对湿度和水汽压是用来表征空气中的水汽含量的气象要素，也是影响大气透明度的重要因子。从各月日照百分率和相对湿度的变化趋势来看 （图5），各月日照百分率和相对湿度的变化趋势相反，相关系数r =0.7135通过水平为0.01的显著性检验。日照百分率的月变化曲线呈下凹的抛物线，而相对湿度呈上凸的抛物线。两者变化趋势正好相反。7月相对湿度最大，而日照百分率最小，7月也是近50a来日照时数减少次多的月份（表1）。另外，从水汽压逐年变化趋势统计资料来看（图略），其气候倾向率为0.254 hPa/10a，也就是说莱阳空气中水汽含量增加，使大气透明度降低，对太阳辐射产生削弱作用，从而影响日照时数的变化。

图5　莱阳1961—2013年日照百分率、总云量和相对湿度逐月变化曲线

2.3.2 日照百分率与总云量

云的多寡直接影响日照时数。日照百分率与总云量的关系类似于相对湿度与日照百分率的关系（图5），即日照百分率与总云量也呈反相关，相关系数r =0.838，通过水平为0.001的显著性检验，与日照百分率相反，总云量的月变化曲线也呈上凸的抛物线；7月总云量最大，而日照百分率最小。

2.3.3 日照时数的其他影响因素

莱阳地处山东半岛内陆，年平均大雾日数达28d。大雾对日照影响呈阶段性影响，1—7月和10月日照百分率与大雾日数呈反相关，相关系数为-0.155，相关不显著，这是因为莱阳主要为辐射雾，大多出现在夜间到清晨的缘故。9月大雾日数最多。

统计资料显示：莱阳1961—2013年10分钟最大风速呈减少趋势，其气候倾向率为-0.076 （m/s）/a，相关系数r =0.4610通过了水平为0.001的显著性检验，即近50a减少了4.0704 m/s，减少趋势较明显，在一定程度上降低了大气污染物的扩散速度，从而不同程度降低大气透明度，致使日照时数减少。

3 结论

（1）近50a来，莱阳市年日照时数呈减少趋势，以6.01h/a的速率递减。日照时数年际变化幅度较大，峰值点（1979年）与谷点（2006年）两者相差达739.8h；20世纪80年代、90年代日照时数变化剧烈，振幅分别达531.0h和507.4h；日照时数的年际变化存在季节性差异，夏季变化最大，春季最小，各季变化趋势与年日照时数变化趋势相同，其中，夏季、冬季变化较为明显，秋季、春季变化比较缓和；除4月外，莱阳各月日照时数均呈减少趋势，6月减少最为显著，而4月略有增加。

（2）莱阳市年日照时数在1983年附近发生突变，之后呈逐渐减少趋势，在其减少的过程中90年代有小幅回升，进入21世纪头10年则呈现为急剧减少。突变前后年平均日照时数相差184.4h（1961-1983年与1984-2013年）。

（3）影响莱阳市日照时数的各个因子中，总云量、相对湿度与日照百分率呈反相关，其相关性分别通过了水平为0.001和0.01的显著性检验，7月份总云量、相对湿度最大，相应的日照百分率最小；近50a最大风速呈减小趋势，其气候倾向率为-0.076（m/s）/a，在一定程度上降低了大气污染物的扩散速度；近30年空气水汽压呈现增加趋势；风速的减小和水汽压的增大，均不同程度地降低了大气透明度，削弱了太阳辐射，成为影响太阳能资源的重要因素。

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作者简介：吴霭霞（1965—），女，山东禹城人，学士，工程师，主要从事地面测报和天气预报服务。

收稿日期：2014-11-12

中图分类号：P468.0

文献标识码：B

文章编号：1005–0582（2016）01–0032–05